ถาม: เมื่อเร็วๆ นี้เราเริ่มทำงานบางอย่างที่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่ทำจากสแตนเลส 304 เป็นหลัก ซึ่งเชื่อมเข้าด้วยกันและเชื่อมกับเหล็กอ่อน เราพบปัญหาการแตกร้าวของรอยเชื่อมระหว่างสแตนเลสกับสแตนเลสที่มีความหนาถึง 1.25 นิ้ว มีการกล่าวถึงว่าเรามีระดับเฟอร์ไรต์ต่ำ คุณช่วยอธิบายได้ไหมว่ามันคืออะไรและจะแก้ไขได้อย่างไร?
A: นั่นเป็นคำถามที่ดีค่ะ ใช่ค่ะ เราสามารถช่วยคุณเข้าใจว่าค่าเฟอร์ไรต์ต่ำหมายถึงอะไรและจะป้องกันได้อย่างไร
ก่อนอื่น เรามาดูคำจำกัดความของเหล็กกล้าไร้สนิม (SS) และความสัมพันธ์ระหว่างเฟอร์ไรต์กับรอยเชื่อมกันก่อน เหล็กกล้าสีดำและโลหะผสมมีส่วนประกอบของเหล็กมากกว่า 50% ซึ่งรวมถึงเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไร้สนิมทั้งหมด รวมถึงกลุ่มอื่นๆ อีกบางกลุ่ม อลูมิเนียม ทองแดง และไทเทเนียมไม่มีส่วนประกอบของเหล็ก ดังนั้นจึงเป็นตัวอย่างที่ดีของโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก
ส่วนประกอบหลักของโลหะผสมนี้คือเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีปริมาณเหล็กอย่างน้อย 90% และเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีปริมาณเหล็ก 70 ถึง 80% เพื่อให้จัดอยู่ในประเภทเหล็กกล้าไร้สนิมได้ จะต้องมีโครเมียมเติมอย่างน้อย 11.5% ระดับโครเมียมที่สูงกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำนี้จะช่วยส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์มโครเมียมออกไซด์บนพื้นผิวเหล็กและป้องกันการเกิดออกซิเดชัน เช่น สนิม (เหล็กออกไซด์) หรือการกัดกร่อนจากสารเคมี
เหล็กกล้าไร้สนิมแบ่งออกเป็นสามกลุ่มหลัก ได้แก่ ออสเทนไนต์ เฟอร์ริติก และมาร์เทนซิติก ชื่อเรียกมาจากโครงสร้างผลึกที่อุณหภูมิห้อง อีกกลุ่มหนึ่งที่พบได้ทั่วไปคือเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ ซึ่งเป็นความสมดุลระหว่างเฟอร์ไรต์และออสเทนไนต์ในโครงสร้างผลึก
เหล็กกล้าออสเทนิติก ซีรีส์ 300 ประกอบด้วยโครเมียม 16% ถึง 30% และนิกเกล 8% ถึง 40% โดยมีโครงสร้างผลึกออสเทนิติกเป็นหลัก มีการเติมสารทำให้คงตัว เช่น นิกเกล คาร์บอน แมงกานีส และไนโตรเจน ในระหว่างกระบวนการผลิตเหล็ก เพื่อช่วยควบคุมอัตราส่วนออสเทนิติก-เฟอร์ไรต์ เกรดที่นิยมใช้กันทั่วไป ได้แก่ 304, 316 และ 347 มีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เคมีภัณฑ์ ยา และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับความเย็นจัด การควบคุมการเกิดเฟอร์ไรต์ทำให้มีความเหนียวที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ำ
เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก (Ferritic SS) เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 400 ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์ มีส่วนประกอบของโครเมียม 11.5% ถึง 30% และมีโครงสร้างผลึกแบบเฟอร์ริติกเป็นหลัก เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเฟอร์ริติก จึงมีการเติมสารทำให้คงตัว ได้แก่ โครเมียม ซิลิคอน โมลิบเดนัม และไนโอเบียม ในระหว่างการผลิตเหล็ก เหล็กกล้าไร้สนิมประเภทนี้มักใช้ในระบบไอเสียและระบบส่งกำลังของรถยนต์ และมีข้อจำกัดในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ประเภทที่ใช้กันทั่วไปมีหลายประเภท ได้แก่ 405, 409, 430 และ 446
ทองคำเกรดมาร์เทนซิติก หรือที่เรียกอีกอย่างว่าซีรีส์ 400 เช่น 403, 410 และ 440 มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก มีโครเมียม 11.5% ถึง 18% และมีโครงสร้างผลึกแบบมาร์เทนซิติก การผสมผสานนี้มีปริมาณทองคำต่ำที่สุด ทำให้ต้นทุนการผลิตต่ำที่สุด ทองคำเกรดนี้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนในระดับหนึ่ง มีความแข็งแรงสูง และนิยมใช้ในเครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร อุปกรณ์ทันตกรรมและผ่าตัด เครื่องครัว และเครื่องมือบางประเภท
เมื่อทำการเชื่อมสแตนเลส ประเภทของวัสดุและลักษณะการใช้งานจะเป็นตัวกำหนดชนิดของลวดเชื่อมที่เหมาะสม หากคุณใช้กระบวนการเชื่อมโดยใช้ก๊าซปกคลุม คุณอาจต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับส่วนผสมของก๊าซปกคลุมเพื่อป้องกันปัญหาบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อม
ในการบัดกรีเหล็กกล้าไร้สนิม 304 เข้าด้วยกัน คุณจะต้องใช้ลวดเชื่อม E308/308L “L” ย่อมาจากคาร์บอนต่ำ ซึ่งช่วยป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรน ปริมาณคาร์บอนในลวดเชื่อมเหล่านี้ต่ำกว่า 0.03% หากเกินกว่าค่านี้ ความเสี่ยงของการสะสมคาร์บอนที่ขอบเกรนและการจับตัวของโครเมียมเพื่อสร้างโครเมียมคาร์ไบด์จะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กอย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้จะเห็นได้ชัดเจนหากเกิดการกัดกร่อนในบริเวณที่ได้รับความร้อน (HAZ) ของรอยเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม ข้อควรพิจารณาอีกประการหนึ่งสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด L คือ มีความแข็งแรงดึงต่ำกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดทั่วไปที่อุณหภูมิใช้งานสูง
เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิม 304 เป็นชนิดออสเทนไนต์ ดังนั้นเนื้อเชื่อมส่วนใหญ่จึงประกอบด้วยออสเทนไนต์ อย่างไรก็ตาม ตัวอิเล็กโทรดเองจะมีสารช่วยคงสภาพเฟอร์ไรต์ เช่น โมลิบเดนัม เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเฟอร์ไรต์ในเนื้อเชื่อม ผู้ผลิตมักจะระบุช่วงปริมาณเฟอร์ไรต์ทั่วไปสำหรับเนื้อเชื่อม ดังที่กล่าวมาแล้ว คาร์บอนเป็นสารช่วยคงสภาพออสเทนไนต์ที่แข็งแกร่ง ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องป้องกันไม่ให้คาร์บอนถูกเติมลงในเนื้อเชื่อม
ค่าเฟอร์ไรต์ได้มาจากแผนภูมิ Scheffler และแผนภูมิ WRC-1992 ซึ่งใช้สูตรเทียบเท่าของนิกเกลและโครเมียมในการคำนวณค่าที่เมื่อนำไปพล็อตบนแผนภูมิแล้วจะได้ค่าที่เป็นมาตรฐาน ค่าเฟอร์ไรต์ระหว่าง 0 ถึง 7 สอดคล้องกับเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของโครงสร้างผลึกเฟอร์ไรต์ที่มีอยู่ในโลหะเชื่อม อย่างไรก็ตาม ที่เปอร์เซ็นต์ที่สูงขึ้น ค่าเฟอร์ไรต์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โปรดจำไว้ว่าเฟอร์ไรต์ในเหล็กกล้าไร้สนิมไม่เหมือนกับเฟอร์ไรต์ในเหล็กกล้าคาร์บอน แต่เป็นเฟสที่เรียกว่าเดลต้าเฟอร์ไรต์ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่อุณหภูมิสูง เช่น การอบชุบด้วยความร้อน
การเกิดเฟอร์ไรต์เป็นสิ่งที่พึงประสงค์เนื่องจากมีความยืดหยุ่นมากกว่าออสเทนไนต์ แต่ต้องควบคุมปริมาณเฟอร์ไรต์ให้เหมาะสม ปริมาณเฟอร์ไรต์ต่ำอาจทำให้รอยเชื่อมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยมในบางการใช้งาน แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวขณะเชื่อมได้ง่ายมาก สำหรับการใช้งานทั่วไป ปริมาณเฟอร์ไรต์ควรอยู่ระหว่าง 5 ถึง 10 แต่บางการใช้งานอาจต้องการค่าที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่า เฟอร์ไรต์สามารถตรวจสอบได้ง่ายในสถานที่ทำงานด้วยเครื่องวัดเฟอร์ไรต์
เนื่องจากคุณกล่าวว่ามีปัญหาเรื่องการแตกร้าวและปริมาณเฟอร์ไรต์ต่ำ คุณควรตรวจสอบลวดเชื่อมของคุณอย่างละเอียดและตรวจสอบให้แน่ใจว่ามันผลิตเฟอร์ไรต์ได้เพียงพอ – ประมาณ 8 ก็เพียงพอแล้ว นอกจากนี้ หากคุณใช้การเชื่อมแบบอาร์คด้วยลวดเชื่อมไส้ฟลักซ์ (FCAW) ลวดเชื่อมเหล่านี้มักใช้ก๊าซปกคลุมที่เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ 100% หรือส่วนผสมของอาร์กอน 75% และ CO2 25% ซึ่งอาจทำให้โลหะเชื่อมดูดซับคาร์บอนได้ คุณสามารถเปลี่ยนไปใช้กระบวนการเชื่อมแบบอาร์คโลหะ (GMAW) และใช้ส่วนผสมของอาร์กอน 98% และออกซิเจน 2% เพื่อลดโอกาสการสะสมของคาร์บอนได้
เมื่อเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมกับเหล็กกล้าคาร์บอน ต้องใช้ลวดเชื่อม E309L ลวดเชื่อมชนิดนี้ใช้สำหรับการเชื่อมโลหะต่างชนิดกันโดยเฉพาะ โดยจะเกิดเฟอร์ไรต์ขึ้นในปริมาณหนึ่งหลังจากที่เหล็กกล้าคาร์บอนละลายในรอยเชื่อม เนื่องจากเหล็กกล้าคาร์บอนดูดซับคาร์บอนบางส่วน จึงมีการเติมสารทำให้คงตัวของเฟอร์ไรต์ลงในลวดเชื่อมเพื่อต้านทานแนวโน้มของคาร์บอนที่จะก่อตัวเป็นออสเทนไนต์ ซึ่งจะช่วยป้องกันการแตกร้าวจากความร้อนในระหว่างการเชื่อม
โดยสรุป หากคุณต้องการซ่อมแซงรอยแตกร้าวจากความร้อนในรอยเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก ให้ตรวจสอบปริมาณลวดเชื่อมเฟอร์ไรต์ที่เพียงพอและปฏิบัติตามหลักการเชื่อมที่ดี รักษาปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าให้ต่ำกว่า 50 กิโลจูล/นิ้ว รักษาอุณหภูมิระหว่างการเชื่อมให้อยู่ในระดับปานกลางถึงต่ำ และตรวจสอบให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมสะอาดก่อนทำการเชื่อม ใช้เกจวัดที่เหมาะสมเพื่อตรวจสอบปริมาณเฟอร์ไรต์ในรอยเชื่อม โดยตั้งเป้าไว้ที่ 5-10
นิตยสาร WELDER ซึ่งเดิมชื่อ Practical Welding Today เป็นตัวแทนของผู้คนตัวจริงที่ผลิตสินค้าที่เราใช้และทำงานด้วยทุกวัน นิตยสารฉบับนี้ให้บริการแก่ชุมชนช่างเชื่อมในอเมริกาเหนือมานานกว่า 20 ปีแล้ว
ขณะนี้สามารถเข้าถึง The FABRICATOR ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ เข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างง่ายดาย
วารสาร The Tube & Pipe Journal ฉบับดิจิทัลสามารถเข้าถึงได้อย่างเต็มรูปแบบแล้ว ทำให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลอันมีค่าในอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
รับสิทธิ์เข้าถึงวารสาร STAMPING Journal ฉบับดิจิทัลอย่างเต็มรูปแบบ ซึ่งนำเสนอเทคโนโลยีล่าสุด แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารในอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึง The Fabricator en Español ในรูปแบบดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ ทำให้คุณเข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างง่ายดาย