س: ما اخیراً شروع به انجام کارهایی کرده‌ایم که مستلزم ساخت برخی از قطعات از جنس فولاد ضد زنگ درجه 304 است که به خود فولاد و فولاد نرم جوش داده می‌شود. ما با برخی مشکلات ترک خوردگی در جوش‌های فولاد ضد زنگ به فولاد ضد زنگ تا ضخامت 1.25 اینچ مواجه شده‌ایم. ذکر شد که ما تعداد فریت کمی داریم. می‌توانید توضیح دهید که این چیست و چگونه می‌توان آن را تعمیر کرد؟
الف) این سوال خوبی است. بله، ما می‌توانیم به شما کمک کنیم تا بفهمید تعداد کم فریت به چه معناست و چگونه می‌توان از آن جلوگیری کرد.
ابتدا، بیایید تعریف فولاد ضد زنگ (SS) و چگونگی ارتباط فریت با اتصالات جوش داده شده را مرور کنیم. فولاد سیاه و آلیاژها حاوی بیش از 50٪ آهن هستند. این شامل تمام فولادهای کربنی و ضد زنگ و سایر گروه‌های تعریف شده 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 اضافه شده داشته باشد. سطوح کروم بالاتر از این آستانه حداقل، تشکیل لایه‌های اکسید کروم روی سطوح فولاد را افزایش داده و از تشکیل اکسیداسیون مانند زنگ‌زدگی (اکسید آهن) یا خوردگی ناشی از حمله شیمیایی جلوگیری می‌کند.
فولاد ضد زنگ عمدتاً به سه گروه آستنیت، فریت و مارتنزیت تقسیم می‌شود. نام آنها از ساختار کریستالی دمای اتاق که آنها را تشکیل می‌دهد، 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. برای افزایش تشکیل نسبت آستنیت-فریت، تثبیت‌کننده‌هایی مانند نیکل، کربن، منگنز و نیتروژن در طول فرآیند فولادسازی اضافه می‌شوند. برخی از گریدهای رایج عبارتند از ۳۰۴، ۳۱۶ و ۳۴۷. مقاومت خوبی در برابر خوردگی ارائه می‌دهد؛ عمدتاً در کاربردهای غذایی، شیمیایی، دارویی و برودتی استفاده می‌شود. کنترل تشکیل فریت، چقرمگی عالی در دمای پایین را 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 غالب فریتی است. برای افزایش 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 نیروگاه‌ها استفاده می‌شود و کاربردهای محدودی در دمای بالا دارد. چندین نوع رایج آن عبارتند از ۴۰۵، ۴۰۹، ۴۳۰ و ۴۴۶.
گریدهای مارتنزیتی که با سری ۴۰۰ مانند ۴۰۳، ۴۱۰ و ۴۴۰ نیز شناخته می‌شوند، مغناطیسی هستند، حاوی ۱۱.۵٪ تا ۱۸٪ کروم هستند و ساختار بلوری آنها مارتنزیت است. این ترکیب کمترین میزان طلا را دارد که باعث می‌شود تولید آنها کم‌هزینه‌تر باشد. آنها مقاومت در برابر خوردگی و استحکام عالی ارائه می‌دهند و معمولاً در ظروف غذاخوری، تجهیزات دندانپزشکی و جراحی، ظروف پخت و پز و انواع خاصی از ابزارها استفاده می‌شوند.
هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ، نوع زیرلایه و کاربرد آن در حین کار، فلز پرکننده مناسب برای استفاده را تعیین می‌کند. اگر از فرآیند محافظت گازی استفاده می‌کنید، ممکن است لازم باشد برای جلوگیری از برخی مشکلات مرتبط با جوشکاری، به مخلوط‌های گازی محافظ توجه ویژه‌ای داشته باشید.
برای لحیم کردن الکترود 304 به خودش، به الکترود E308/308L نیاز دارید. حرف "L" مخفف کم کربن است که به جلوگیری از خوردگی بین دانه‌ای کمک می‌کند. این الکترودها دارای محتوای کربن کمتر از 0.03٪ هستند. هر مقداری بالاتر از این مقدار، خطر رسوب کربن در مرز دانه‌ها و ترکیب آن با کروم برای تشکیل کاربیدهای کروم را افزایش می‌دهد و به طور موثر مقاومت در برابر خوردگی فولاد را کاهش می‌دهد. این امر در صورت وقوع خوردگی در ناحیه تحت تأثیر حرارت (HAZ) اتصالات جوش داده شده با فولاد ضد زنگ آشکار می‌شود. نکته دیگر در مورد فولاد ضد زنگ درجه L این است که آنها در دماهای سرویس بالا نسبت به فولاد ضد زنگ درجه مستقیم، استحکام کششی کمتری دارند.
از آنجایی که فولاد 304 یک نوع فولاد زنگ نزن آستنیتی است، فلز جوش مربوطه حاوی بیشتر آستنیت خواهد بود. با این حال، خود الکترود حاوی یک تثبیت‌کننده فریت، مانند مولیبدن، برای تقویت تشکیل فریت در فلز جوش است. تولیدکنندگان معمولاً محدوده مشخصی از مقادیر فریت را برای فلز جوش فهرست می‌کنند. همانطور که قبلاً ذکر شد، کربن یک تثبیت‌کننده قوی آستنیتی است و به همین دلایل، جلوگیری از افزودن آن به فلز جوش بسیار مهم است.
اعداد فریت از نمودار شفلر و نمودار WRC-1992 گرفته شده‌اند که از فرمول‌های معادل نیکل و کروم برای محاسبه مقدار استفاده می‌کنند و وقتی روی نمودار رسم می‌شوند، یک عدد نرمال شده تولید می‌کنند. عدد فریت بین 0 تا 7 مربوط به درصد حجمی ساختار کریستالی فریت 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 هیچ تبدیل فازی مرتبط با فرآیندهای دمای بالا مانند عملیات حرارتی ندارد.
تشکیل فریت مطلوب است زیرا نسبت به آستنیت انعطاف‌پذیرتر است، اما باید کنترل شود. تعداد کم فریت می‌تواند جوش‌هایی با مقاومت خوردگی عالی در برخی کاربردها ایجاد کند، اما در حین جوشکاری بسیار مستعد ترک خوردگی داغ است. برای شرایط استفاده عمومی، تعداد فریت باید بین 5 تا 10 باشد، اما برای برخی کاربردها ممکن است مقادیر کمتر یا بیشتری مورد نیاز باشد. فریت‌ها را می‌توان به راحتی در محل کار با استفاده از یک نشانگر فریت تأیید کرد.
از آنجایی که اشاره کردید که مشکل ترک خوردگی و تعداد فریت پایینی دارید، باید نگاهی دقیق به فلز پرکننده خود بیندازید و مطمئن شوید که تعداد فریت کافی تولید می‌کند - حدود ۸ باید کمک کند. همچنین، اگر از جوشکاری قوسی با توپودری (FCAW) استفاده می‌کنید، این فلزات پرکننده معمولاً از گاز محافظ ۱۰۰٪ دی اکسید کربن یا مخلوط ۷۵٪ آرگون/۲۵٪ CO2 استفاده می‌کنند که می‌تواند باعث جذب کربن در فلز جوش شود. ممکن است بخواهید به فرآیند جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) تغییر دهید و از مخلوط ۹۸٪ آرگون/۲٪ اکسیژن استفاده کنید تا احتمال جذب کربن کاهش یابد.
برای جوشکاری فولاد ضد زنگ به فولاد کربنی، باید از ماده پرکننده E309L استفاده کنید. این فلز پرکننده مخصوصاً برای جوشکاری فلزات غیر همجنس استفاده می‌شود و پس از رقیق شدن فولاد کربنی در جوش، مقدار مشخصی فریت تشکیل می‌دهد. از آنجایی که مقداری کربن در فولاد کربنی جذب می‌شود، تثبیت‌کننده‌های فریت به فلز پرکننده اضافه می‌شوند تا تمایل کربن به تشکیل آستنیت را خنثی کنند. این امر به جلوگیری از ترک خوردگی حرارتی در کاربردهای جوشکاری کمک می‌کند.
به طور خلاصه، اگر می‌خواهید ترک‌های داغ روی اتصالات جوش داده شده آستنیتی SS را از بین ببرید، از وجود فلز پرکننده فریت کافی اطمینان حاصل کنید و از روش‌های جوشکاری خوب پیروی کنید. ورودی گرما را کمتر از 50 کیلوژول بر اینچ نگه دارید، دمای بین پاسی را متوسط ​​تا پایین نگه دارید و قبل از لحیم کاری مطمئن شوید که اتصالات لحیم عاری از هرگونه آلودگی هستند. از یک گیج مناسب برای تأیید مقدار فریت روی اتصال جوش داده شده استفاده کنید، و هدفتان 5 تا 10 باشد.
مجله WELDER که قبلاً با نام Practical Welding Today شناخته می‌شد، افراد واقعی سازنده محصولاتی را که ما هر روز از آنها استفاده می‌کنیم و با آنها کار می‌کنیم، به نمایش می‌گذارد. این مجله بیش از 20 سال است که به جامعه جوشکاری در آمریکای شمالی خدمت می‌کند.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال The 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.
از دسترسی کامل به نسخه دیجیتال STAMPING Journal لذت ببرید، که آخرین پیشرفت‌های تکنولوژیکی، بهترین شیوه‌ها و اخبار صنعت را برای بازار مهرزنی فلزات ارائه می‌دهد.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال The Fabricator به زبان اسپانیایی، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.