ถาม: เมื่อไม่นานมานี้ เราเริ่มดำเนินการบางอย่างที่ต้องใช้ชิ้นส่วนบางส่วนที่ทำจากสเตนเลสเกรด 304 เป็นหลัก ซึ่งเชื่อมติดกับตัวมันเองและกับเหล็กอ่อน เราประสบปัญหาการแตกร้าวบนสเตนเลสที่เชื่อมกับสเตนเลสสตีลที่มีความหนาถึง 1.25 นิ้ว มีการกล่าวถึงว่าเรามีจำนวนเฟอร์ไรต์ต่ำ คุณอธิบายได้ไหมว่านี่คืออะไรและจะแก้ไขอย่างไร?
A: นี่เป็นคำถามที่ดี ใช่แล้ว เราสามารถช่วยให้คุณเข้าใจว่าจำนวนเฟอร์ไรต์ต่ำหมายถึงอะไรและจะป้องกันได้อย่างไร
ก่อนอื่นมาทบทวนคำจำกัดความของเหล็กกล้าไร้สนิม (SS) และความสัมพันธ์ของเฟอร์ไรต์กับรอยเชื่อม เหล็กกล้าดำและโลหะผสมมีเหล็กมากกว่า 50% ซึ่งรวมถึงเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม และกลุ่มอื่นๆ ที่กำหนดขึ้น อลูมิเนียม ทองแดง และไททาเนียมไม่ประกอบด้วยเหล็ก ดังนั้นจึงเป็นตัวอย่างที่ดีเยี่ยมของโลหะผสมที่ไม่มีธาตุเหล็ก
ส่วนประกอบหลักของโลหะผสมชนิดนี้คือเหล็กกล้าคาร์บอนซึ่งมีเหล็กอย่างน้อย 90% และ SS ซึ่งมีเหล็ก 70 ถึง 80% หากจะจัดเป็น SS จะต้องมีโครเมียมผสมอยู่อย่างน้อย 11.5% ระดับโครเมียมที่เกินเกณฑ์ขั้นต่ำนี้จะกระตุ้นให้เกิดฟิล์มออกไซด์ของโครเมียมบนพื้นผิวเหล็ก และป้องกันการเกิดออกซิเดชัน เช่น สนิม (ออกไซด์ของเหล็ก) หรือการกัดกร่อนที่เกิดจากการกัดกร่อนทางเคมี
SS แบ่งออกเป็น 3 กลุ่มหลัก ได้แก่ ออสเทไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ ชื่อของพวกมันมาจากโครงสร้างผลึกที่อุณหภูมิห้องที่เป็นส่วนประกอบของพวกมัน อีกกลุ่มทั่วไปคือ SS แบบดูเพล็กซ์ ซึ่งเป็นสมดุลระหว่างเฟอร์ไรต์และออสเทไนต์ในโครงสร้างผลึก
เกรดออสเทนนิติก ซีรีส์ 300 ประกอบด้วยโครเมียม 16% ถึง 30% และนิกเกิล 8% ถึง 40% ซึ่งสร้างโครงสร้างผลึกออสเทนนิติกเป็นหลัก เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของอัตราส่วนออสเทนไนต์-เฟอร์ไรต์ จึงมีการเติมสารทำให้คงตัว เช่น นิกเกิล คาร์บอน แมงกานีส และไนโตรเจนในระหว่างกระบวนการผลิตเหล็ก เกรดทั่วไปบางเกรด ได้แก่ 304, 316 และ 347 มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดี ใช้เป็นหลักในอุตสาหกรรมอาหาร บริการด้านเคมี ยา และการใช้งานในอุณหภูมิต่ำ การควบคุมการก่อตัวของเฟอร์ไรต์ทำให้มีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม
เฟอร์ริติก SS เป็นเกรดซีรีส์ 400 ที่เป็นแม่เหล็ก 100% มีโครเมียม 11.5% ถึง 30% และมีโครงสร้างผลึกเฟอร์ริติกเป็นหลัก เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเฟอร์ไรต์ จึงมีสารทำให้คงตัว ได้แก่ โครเมียม ซิลิกอน โมลิบดีนัม และไนโอเบียมในระหว่างการผลิตเหล็ก SS ประเภทเหล่านี้มักใช้ในระบบไอเสียของยานยนต์และโรงไฟฟ้า และมีการใช้งานที่อุณหภูมิสูงอย่างจำกัด ประเภทที่ใช้กันทั่วไปมีหลายประเภท เช่น 405, 409, 430 และ 446
เกรดมาร์เทนซิติก ซึ่งระบุด้วยซีรีส์ 400 เช่น 403, 410 และ 440 มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก มีโครเมียม 11.5% ถึง 18% และมีมาร์เทนซิติกเป็นโครงสร้างผลึก ส่วนผสมนี้มีปริมาณทองคำต่ำที่สุด ซึ่งทำให้มีต้นทุนการผลิตต่ำที่สุด เกรดมาร์เทนซิติกให้ความทนทานต่อการกัดกร่อนในระดับหนึ่ง มีความแข็งแรงที่ยอดเยี่ยม และมักใช้ในภาชนะ อุปกรณ์ทางทันตกรรมและการผ่าตัด เครื่องครัว และเครื่องมือบางประเภท
เมื่อคุณเชื่อม SS ประเภทของพื้นผิวและการใช้งานในระหว่างการใช้งานจะกำหนดโลหะเติมที่เหมาะสมที่จะใช้ หากคุณใช้กระบวนการป้องกันด้วยก๊าซ คุณอาจต้องใส่ใจเป็นพิเศษกับส่วนผสมของก๊าซป้องกันเพื่อป้องกันปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมบางประการ
หากต้องการบัดกรี 304 เข้ากับตัวมันเอง คุณจะต้องใช้ขั้วไฟฟ้า E308/308L โดย “L” ย่อมาจากคาร์บอนต่ำ ซึ่งช่วยป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรน อิเล็กโทรดเหล่านี้มีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า 0.03% หากปริมาณคาร์บอนเกินกว่านี้จะเพิ่มความเสี่ยงที่คาร์บอนจะตกตะกอนไปที่ขอบเกรนและรวมตัวกับโครเมียมเพื่อสร้างคาร์ไบด์โครเมียม ซึ่งส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนหากเกิดการกัดกร่อนในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ของรอยเชื่อม SS ข้อควรพิจารณาอีกประการสำหรับ SS เกรด L ก็คือ จะมีความแข็งแรงในการดึงที่ต่ำกว่าเกรด SS โดยตรงที่อุณหภูมิการใช้งานที่สูง
เนื่องจาก 304 เป็น SS ชนิดออสเทนนิติก โลหะเชื่อมที่เกี่ยวข้องจะมีออสเทนไนต์เป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ตัวอิเล็กโทรดเองจะมีสารทำให้เสถียรเฟอร์ไรต์ เช่น โมลิบดีนัม เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเฟอร์ไรต์ในโลหะเชื่อม โดยทั่วไปแล้ว ผู้ผลิตจะระบุช่วงปริมาณเฟอร์ไรต์ทั่วไปสำหรับโลหะเชื่อม ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ คาร์บอนเป็นสารทำให้เสถียรออสเทนนิติกที่แข็งแกร่ง และด้วยเหตุผลดังกล่าว จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการป้องกันไม่ให้คาร์บอนถูกเติมลงไปในโลหะเชื่อม
จำนวนเฟอร์ไรต์ได้มาจากแผนภาพ Schaeffler และแผนภาพ WRC-1992 ซึ่งใช้สูตรเทียบเท่านิกเกิลและโครเมียมในการคำนวณค่า ซึ่งเมื่อนำไปวางบนแผนภาพจะได้ค่าที่เป็นมาตรฐาน จำนวนเฟอร์ไรต์ระหว่าง 0 ถึง 7 สอดคล้องกับเปอร์เซ็นต์โดยปริมาตรของโครงสร้างผลึกเฟอร์ไรต์ที่มีอยู่ในโลหะเชื่อม อย่างไรก็ตาม ที่เปอร์เซ็นต์สูงขึ้น จำนวนเฟอร์ไรต์จะเพิ่มขึ้นในอัตราที่เร็วขึ้น โปรดจำไว้ว่าเฟอร์ไรต์ใน SS ไม่เหมือนกับเฟอร์ไรต์ของเหล็กกล้าคาร์บอน แต่เป็นเฟสที่เรียกว่าเดลตาเฟอร์ไรต์ SS ออสเทนนิติกไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟสที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอุณหภูมิสูง เช่น การอบชุบด้วยความร้อน
การสร้างเฟอร์ไรต์เป็นสิ่งที่พึงประสงค์เนื่องจากมีความเหนียวมากกว่าออสเทไนต์ แต่จะต้องมีการควบคุม จำนวนเฟอร์ไรต์ที่ต่ำสามารถทำให้เกิดรอยเชื่อมที่มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีในบางการใช้งาน แต่มีแนวโน้มที่จะแตกร้าวจากความร้อนในระหว่างการเชื่อมสูงมาก สำหรับสภาพการใช้งานทั่วไป จำนวนเฟอร์ไรต์ควรอยู่ระหว่าง 5 ถึง 10 แต่สำหรับบางการใช้งาน อาจจำเป็นต้องใช้ค่าที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่านี้ สามารถตรวจสอบเฟอร์ไรต์ได้ง่ายในงานโดยใช้ตัวบ่งชี้เฟอร์ไรต์
เนื่องจากคุณได้กล่าวถึงปัญหาการแตกร้าวและจำนวนเฟอร์ไรต์ต่ำ คุณจึงต้องพิจารณาโลหะเติมอย่างใกล้ชิด และตรวจสอบให้แน่ใจว่าผลิตเฟอร์ไรต์ได้เพียงพอ ซึ่งประมาณ 8 น่าจะช่วยได้ นอกจากนี้ หากคุณใช้การเชื่อมด้วยอาร์กฟลักซ์คอร์ (FCAW) โลหะเติมเหล่านี้โดยปกติจะใช้ก๊าซป้องกันคาร์บอนไดออกไซด์ 100% หรือส่วนผสมของอาร์กอน 75% และ CO2 25% ซึ่งอาจทำให้คาร์บอนดูดซับในโลหะเชื่อมได้ คุณอาจต้องการเปลี่ยนไปใช้กระบวนการเชื่อมด้วยอาร์กโลหะแก๊ส (GMAW) และใช้ส่วนผสมของอาร์กอน 98% และออกซิเจน 2% เพื่อลดความเป็นไปได้ในการเกิดคาร์บอน
หากต้องการเชื่อม SS กับเหล็กกล้าคาร์บอน คุณต้องใช้สารเติม E309L โลหะเติมนี้ใช้เป็นพิเศษสำหรับการเชื่อมโลหะต่างชนิด และจะสร้างเฟอร์ไรต์ในปริมาณหนึ่งหลังจากเหล็กกล้าคาร์บอนเจือจางลงในรอยเชื่อม เนื่องจากเหล็กกล้าคาร์บอนดูดซับคาร์บอนบางส่วน จึงมีการเติมสารทำให้เฟอร์ไรต์คงตัวลงในโลหะเติมเพื่อต่อต้านแนวโน้มของคาร์บอนที่จะสร้างออสเทไนต์ ซึ่งจะช่วยป้องกันรอยแตกร้าวจากความร้อนในงานเชื่อม
โดยสรุป หากคุณต้องการขจัดรอยแตกร้าวจากความร้อนบนรอยเชื่อมสเตนเลสออสเทนนิติก ให้ตรวจสอบโลหะเติมเฟอร์ไรต์ที่เพียงพอ และปฏิบัติตามแนวปฏิบัติในการเชื่อมที่ดี รักษาระดับความร้อนเข้าให้ต่ำกว่า 50 kJ/นิ้ว รักษาอุณหภูมิระหว่างพาสให้อยู่ในระดับปานกลางถึงต่ำ และตรวจสอบให้แน่ใจว่ารอยบัดกรีปราศจากการปนเปื้อนใดๆ ก่อนที่จะบัดกรี ใช้เกจที่เหมาะสมเพื่อตรวจสอบปริมาณเฟอร์ไรต์บนรอยเชื่อม โดยตั้งเป้าไว้ที่ 5 ถึง 10
WELDER ซึ่งเดิมชื่อว่า Practical Welding Today นำเสนอบุคลากรจริงที่ผลิตผลิตภัณฑ์ที่เราใช้และทำงานด้วยทุกวัน นิตยสารฉบับนี้ให้บริการชุมชนช่างเชื่อมในอเมริกาเหนือมาเป็นเวลา 20 ปี
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึง The FABRICATOR ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ และเข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีคุณค่าได้อย่างง่ายดาย
ตอนนี้สามารถเข้าถึงฉบับดิจิทัลของ The Tube & Pipe Journal ได้อย่างสมบูรณ์แล้ว ซึ่งช่วยให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลที่มีค่าของอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
เพลิดเพลินกับการเข้าถึง STAMPING Journal ฉบับดิจิทัลอย่างเต็มรูปแบบ ซึ่งนำเสนอความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึง The Fabricator en Español ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ ทำให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลที่มีค่าของอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย