ถาม: เมื่อเร็วๆ นี้เราเริ่มทำงานบางอย่างที่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่ทำจากสแตนเลสเกรด 304 เป็นหลัก ซึ่งเชื่อมเข้าด้วยกันเองและเชื่อมกับเหล็กอ่อน เราพบปัญหาการแตกร้าวในรอยเชื่อมสแตนเลสกับสแตนเลสที่มีความหนาถึง 1.25 นิ้ว มีการกล่าวถึงว่าเรามีปริมาณเฟอร์ไรต์ต่ำ คุณช่วยอธิบายได้ไหมว่านี่คืออะไรและจะแก้ไขได้อย่างไร?
A: นี่เป็นคำถามที่ดีค่ะ ใช่ค่ะ เราสามารถช่วยคุณเข้าใจว่าค่าเฟอร์ไรต์ต่ำหมายถึงอะไรและจะป้องกันได้อย่างไร
ก่อนอื่น เรามาทบทวนความหมายของเหล็กกล้าไร้สนิม (SS) และความสัมพันธ์ของเฟอร์ไรต์กับรอยเชื่อมกันก่อน เหล็กกล้าสีดำและโลหะผสมมีเหล็กมากกว่า 50% ซึ่งรวมถึงเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไร้สนิมทั้งหมด และกลุ่มอื่นๆ ที่กำหนดไว้ อลูมิเนียม ทองแดง และไทเทเนียมไม่มีเหล็ก ดังนั้นจึงเป็นตัวอย่างที่ดีของโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก
ส่วนประกอบหลักของโลหะผสมนี้คือเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีเหล็กอย่างน้อย 90% และเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีเหล็ก 70 ถึง 80% หากต้องการจัดเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม จะต้องมีโครเมียมเติมอย่างน้อย 11.5% ระดับโครเมียมที่สูงกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำนี้จะช่วยส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์มโครเมียมออกไซด์บนพื้นผิวเหล็กและป้องกันการเกิดออกซิเดชัน เช่น สนิม (เหล็กออกไซด์) หรือการกัดกร่อนที่เกิดจากการโจมตีทางเคมี
เหล็กกล้าไร้สนิมแบ่งออกเป็นสามกลุ่มหลัก ได้แก่ ออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ ชื่อของกลุ่มนี้มาจากโครงสร้างผลึกที่อุณหภูมิห้อง อีกกลุ่มหนึ่งที่พบได้ทั่วไปคือเหล็กกล้าไร้สนิมแบบดูเพล็กซ์ ซึ่งเป็นสมดุลระหว่างเฟอร์ไรต์และออสเทนไนต์ในโครงสร้างผลึก
เหล็กกล้าออสเทนิติก ซีรีส์ 300 ประกอบด้วยโครเมียม 16% ถึง 30% และนิกเกล 8% ถึง 40% โดยมีโครงสร้างผลึกออสเทนิติกเป็นหลัก เพื่อส่งเสริมการเกิดอัตราส่วนออสเทนิติก-เฟอร์ไรต์ จึงมีการเติมสารทำให้คงตัว เช่น นิกเกล คาร์บอน แมงกานีส และไนโตรเจน ในระหว่างกระบวนการผลิตเหล็กกล้า เกรดที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ 304, 316 และ 347 มีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เคมีภัณฑ์ ยา และการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำมาก การควบคุมการเกิดเฟอร์ไรต์ทำให้มีความเหนียวที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ำ
เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก (Ferritic SS) เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 400 ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์ มีโครเมียม 11.5% ถึง 30% และมีโครงสร้างผลึกแบบเฟอร์ริติกเป็นหลัก เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเฟอร์ริติก จึงมีการเติมสารทำให้คงตัว ได้แก่ โครเมียม ซิลิคอน โมลิบเดนัม และไนโอเบียม ในระหว่างการผลิตเหล็ก เหล็กกล้าไร้สนิมประเภทนี้มักใช้ในระบบไอเสียของรถยนต์และโรงไฟฟ้า และมีการใช้งานที่อุณหภูมิสูงอย่างจำกัด ประเภทที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ 405, 409, 430 และ 446
ทองคำเกรดมาร์เทนซิติก ซึ่งระบุด้วยรหัสซีรีส์ 400 เช่น 403, 410 และ 440 มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก มีโครเมียม 11.5% ถึง 18% และมีโครงสร้างผลึกแบบมาร์เทนไซต์ การผสมผสานนี้มีปริมาณทองคำต่ำที่สุด ทำให้ต้นทุนการผลิตต่ำที่สุด ทองคำประเภทนี้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนในระดับหนึ่ง มีความแข็งแรงสูง และนิยมใช้ในเครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร อุปกรณ์ทันตกรรมและผ่าตัด เครื่องครัว และเครื่องมือบางประเภท
เมื่อทำการเชื่อมสแตนเลส ประเภทของวัสดุพื้นผิวและการใช้งานจะกำหนดชนิดของลวดเชื่อมที่เหมาะสม หากคุณใช้กระบวนการเชื่อมโดยใช้ก๊าซปกคลุม คุณอาจต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับส่วนผสมของก๊าซปกคลุมเพื่อป้องกันปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมบางประการ
ในการบัดกรีเหล็กกล้าไร้สนิม 304 เข้าด้วยกัน คุณจะต้องใช้ลวดเชื่อม E308/308L ตัวอักษร “L” หมายถึงคาร์บอนต่ำ ซึ่งช่วยป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรน ลวดเชื่อมเหล่านี้มีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า 0.03% หากมีปริมาณคาร์บอนสูงกว่านี้ จะเพิ่มความเสี่ยงที่คาร์บอนจะตกตะกอนตามขอบเกรนและรวมตัวกับโครเมียมเพื่อสร้างโครเมียมคาร์ไบด์ ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กอย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้จะเห็นได้ชัดเจนหากเกิดการกัดกร่อนในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ของรอยเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม อีกสิ่งหนึ่งที่ควรพิจารณาสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด L คือ มีความแข็งแรงดึงต่ำกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดทั่วไปที่อุณหภูมิใช้งานสูง
เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิม 304 เป็นชนิดออสเทนไนต์ ดังนั้นโลหะเชื่อมที่ได้จึงประกอบด้วยออสเทนไนต์เป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ตัวอิเล็กโทรดเองจะมีสารช่วยคงสภาพเฟอร์ไรต์ เช่น โมลิบเดนัม เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเฟอร์ไรต์ในโลหะเชื่อม โดยปกติผู้ผลิตจะระบุช่วงปริมาณเฟอร์ไรต์ทั่วไปสำหรับโลหะเชื่อม ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น คาร์บอนเป็นสารช่วยคงสภาพออสเทนไนต์ที่แข็งแกร่ง และด้วยเหตุผลเหล่านี้ จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องป้องกันไม่ให้มีการเติมคาร์บอนลงในโลหะเชื่อม
ค่าเฟอร์ไรต์ได้มาจากแผนภาพ Schaeffler และแผนภาพ WRC-1992 ซึ่งใช้สูตรเทียบเท่าของนิกเกลและโครเมียมในการคำนวณค่า เมื่อนำไปพล็อตบนแผนภาพจะได้ค่าที่เป็นมาตรฐาน ค่าเฟอร์ไรต์ระหว่าง 0 ถึง 7 สอดคล้องกับเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของโครงสร้างผลึกเฟอร์ไรต์ที่มีอยู่ในโลหะเชื่อม อย่างไรก็ตาม ที่เปอร์เซ็นต์ที่สูงขึ้น ค่าเฟอร์ไรต์จะเพิ่มขึ้นในอัตราที่เร็วขึ้น โปรดจำไว้ว่าเฟอร์ไรต์ในเหล็กกล้าไร้สนิมไม่เหมือนกับเฟอร์ไรต์ในเหล็กกล้าคาร์บอน แต่เป็นเฟสที่เรียกว่าเดลต้าเฟอร์ไรต์ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟสที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอุณหภูมิสูง เช่น การอบชุบด้วยความร้อน
การเกิดเฟอร์ไรต์เป็นสิ่งที่พึงประสงค์เนื่องจากมีความยืดหยุ่นมากกว่าออสเทนไนต์ แต่ต้องควบคุมปริมาณเฟอร์ไรต์ให้เหมาะสม ปริมาณเฟอร์ไรต์ต่ำอาจทำให้รอยเชื่อมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยมในบางการใช้งาน แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวขณะเชื่อมได้ง่ายมาก สำหรับการใช้งานทั่วไป ปริมาณเฟอร์ไรต์ควรอยู่ระหว่าง 5 ถึง 10 แต่สำหรับบางการใช้งานอาจต้องการค่าที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่า เฟอร์ไรต์สามารถตรวจสอบได้ง่ายในระหว่างการทำงานโดยใช้เครื่องวัดเฟอร์ไรต์
เนื่องจากคุณกล่าวว่ามีปัญหาเรื่องรอยแตกและค่าเฟอร์ไรต์ต่ำ คุณจึงต้องตรวจสอบลวดเชื่อมของคุณอย่างละเอียดและตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีค่าเฟอร์ไรต์เพียงพอ – ประมาณ 8 น่าจะช่วยได้ นอกจากนี้ หากคุณใช้การเชื่อมแบบอาร์คด้วยลวดเชื่อมไส้ฟลักซ์ (FCAW) ลวดเชื่อมเหล่านี้มักใช้ก๊าซปกคลุมคาร์บอนไดออกไซด์ 100% หรือส่วนผสมอาร์กอน 75%/CO2 25% ซึ่งอาจทำให้เกิดการดูดซับคาร์บอนในเนื้อเชื่อม คุณอาจต้องการเปลี่ยนไปใช้กระบวนการเชื่อมแบบอาร์คด้วยก๊าซโลหะ (GMAW) และใช้ส่วนผสมอาร์กอน 98%/ออกซิเจน 2% เพื่อลดโอกาสการดูดซับคาร์บอน
ในการเชื่อมสแตนเลสกับเหล็กกล้าคาร์บอน คุณต้องใช้ลวดเชื่อม E309L ลวดเชื่อมชนิดนี้ใช้สำหรับการเชื่อมโลหะต่างชนิดกันโดยเฉพาะ และจะเกิดเฟอร์ไรต์ขึ้นในปริมาณหนึ่งหลังจากที่เหล็กกล้าคาร์บอนถูกผสมเข้าไปในรอยเชื่อม เนื่องจากเหล็กกล้าคาร์บอนดูดซับคาร์บอนบางส่วน จึงมีการเติมสารทำให้เฟอร์ไรต์คงตัวลงในลวดเชื่อมเพื่อต้านทานแนวโน้มของคาร์บอนที่จะก่อตัวเป็นออสเทนไนต์ ซึ่งจะช่วยป้องกันการแตกร้าวจากความร้อนในงานเชื่อมได้
โดยสรุป หากคุณต้องการกำจัดรอยแตกร้าวจากความร้อนในรอยเชื่อมสแตนเลสออสเทนิติก ให้ตรวจสอบว่าใช้ลวดเชื่อมที่มีเฟอร์ไรต์เพียงพอและปฏิบัติตามหลักการเชื่อมที่ดี รักษาปริมาณความร้อนให้ต่ำกว่า 50 กิโลจูลต่อนิ้ว รักษาอุณหภูมิระหว่างการเชื่อมให้อยู่ในระดับปานกลางถึงต่ำ และตรวจสอบให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมปราศจากสิ่งปนเปื้อนก่อนการเชื่อม ใช้เกจวัดที่เหมาะสมเพื่อตรวจสอบปริมาณเฟอร์ไรต์ในรอยเชื่อม โดยตั้งเป้าไว้ที่ 5 ถึง 10
นิตยสาร WELDER ซึ่งเดิมชื่อ Practical Welding Today นำเสนอเรื่องราวของผู้คนตัวจริงที่ผลิตสินค้าที่เราใช้และทำงานด้วยทุกวัน นิตยสารฉบับนี้ให้บริการแก่ชุมชนช่างเชื่อมในอเมริกาเหนือมานานกว่า 20 ปีแล้ว
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึงฉบับดิจิทัลของ The FABRICATOR ได้อย่างเต็มรูปแบบ เข้าถึงแหล่งข้อมูลอันมีค่าในอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
วารสาร The Tube & Pipe Journal ฉบับดิจิทัลสามารถเข้าถึงได้อย่างเต็มรูปแบบแล้ว ทำให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลอันมีค่าในอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
เพลิดเพลินไปกับการเข้าถึงฉบับดิจิทัลของวารสาร STAMPING Journal อย่างเต็มรูปแบบ ซึ่งนำเสนอความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารในอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ขณะนี้สามารถเข้าถึงฉบับดิจิทัลของ The Fabricator en Español ได้อย่างเต็มรูปแบบแล้ว เข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างง่ายดาย