ปัญหาทั่วไปในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก

ลักษณะการเชื่อมของสเตนเลสออสเทนนิติก: ปริมาณความเค้นยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นและความเครียดระหว่างการเชื่อมมีมาก แต่รอยแตกร้าวจากความเย็นเกิดขึ้นได้น้อยมาก ไม่มีโซนการชุบแข็งและการหยาบของเมล็ดพืชในรอยเชื่อม ดังนั้นความแข็งแรงในการดึงของรอยเชื่อมจึงสูง

ปัญหาหลักของการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกคือ การเสียรูปจากการเชื่อมมีมาก เนื่องจากลักษณะของขอบเกรนและความอ่อนไหวต่อสิ่งเจือปนบางชนิด (S, P) จึงทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนได้ง่าย

ปัญหาการเชื่อมหลัก 5 ประการของสเตนเลสออสเทนนิติกและแนวทางแก้ไข

No.1 การก่อตัวของคาร์ไบด์โครเมียมช่วยลดความต้านทานของรอยเชื่อมต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน

การกัดกร่อนระหว่างเกรน: ตามทฤษฎีของโครเมียมคุณภาพต่ำ เมื่อรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้รับความร้อนจนถึงโซนอุณหภูมิที่ทำให้ไวต่อการกระตุ้นถึง 450-850 องศา คาร์ไบด์โครเมียมจะตกตะกอนบนขอบเกรน ส่งผลให้ขอบเกรนมีโครเมียมคุณภาพต่ำ ซึ่งไม่เพียงพอที่จะต้านทานการกัดกร่อนได้

(1) สำหรับการกัดกร่อนตามขอบเกรนของรอยเชื่อมและการกัดกร่อนของโซนอุณหภูมิที่ไวต่อแสงบนวัสดุเป้าหมาย สามารถใช้มาตรการต่อไปนี้เพื่อจำกัด:

ก. ลดปริมาณคาร์บอนในโลหะพื้นฐานและรอยเชื่อม และเพิ่มธาตุที่ทำให้เสถียร เช่น Ti, Nb และธาตุอื่นๆ ลงในโลหะพื้นฐาน เพื่อสร้าง MC เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิด Cr23C6

ข. ทำให้รอยเชื่อมมีโครงสร้างแบบสองเฟสของออสเทไนต์และเฟอร์ไรต์จำนวนเล็กน้อย เมื่อมีเฟอร์ไรต์อยู่ในรอยเชื่อมในปริมาณหนึ่ง ก็สามารถขัดเกลาเกรนได้ เพิ่มพื้นที่ของเกรนได้ และลดปริมาณการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ต่อหน่วยพื้นที่ของขอบเกรนได้

โครเมียมมีความสามารถในการละลายได้ดีในเฟอร์ไรต์ และ Cr23C6 จะก่อตัวในเฟอร์ไรต์โดยเฉพาะ โดยไม่ทำให้ขอบเกรนออสเทไนต์ลดลงในโครเมียม เฟอร์ไรต์ที่กระจัดกระจายระหว่างออสเทไนต์สามารถป้องกันการกัดกร่อนไปตามขอบเกรนจนถึงการแพร่กระจายภายในได้

c. ควบคุมระยะเวลาคงอยู่ในช่วงอุณหภูมิการทำให้ไวต่อการกระตุ้น ปรับรอบความร้อนของการเชื่อมให้ระยะเวลาคงอยู่ที่ 600-1000 องศาให้สั้นที่สุด และเลือกวิธีการเชื่อมที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง (เช่น การเชื่อมด้วยอาร์กพลาสม่าอาร์กอน)

เลือกพลังงานแนวเชื่อมที่เล็กกว่า ส่งแก๊สอาร์กอนไปที่ด้านหลังของรอยเชื่อมหรือใช้แผ่นทองแดงเพื่อเพิ่มอัตราการเย็นตัวของรอยเชื่อม ลดจำนวนครั้งของการเริ่มต้นและสิ้นสุดของส่วนโค้งเพื่อหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนซ้ำ และให้พื้นผิวสัมผัสกับตัวกลางที่กัดกร่อนในระหว่างการเชื่อมหลายชั้นให้มากที่สุด การเชื่อม ฯลฯ

ง. หลังจากการเชื่อม ให้ดำเนินการบำบัดด้วยสารละลายหรือการอบเพื่อคงสภาพ (850-900 องศา) และการทำให้เย็นลงด้วยอากาศหลังจากการเก็บรักษาความร้อน เพื่อให้สามารถตกตะกอนคาร์ไบด์ได้อย่างเต็มที่และเร่งการแพร่กระจายของโครเมียมได้)

(2) การกัดกร่อนแบบมีดของรอยเชื่อม ด้วยเหตุนี้ จึงสามารถใช้มาตรการป้องกันดังต่อไปนี้:

เนื่องจากคาร์บอนมีความสามารถในการแพร่กระจายสูง จึงแยกตัวที่ขอบเกรนเพื่อสร้างสถานะอิ่มตัวเกินในระหว่างกระบวนการทำความเย็น ในขณะที่ไททาเนียมและนิเกิลยังคงอยู่ในผลึกเนื่องจากมีความสามารถในการแพร่กระจายต่ำ เมื่อรอยเชื่อมได้รับความร้อนอีกครั้งในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้ไวต่อความรู้สึก คาร์บอนอิ่มตัวเกินจะตกตะกอนในรูปแบบของ Cr23C6 ในชั้นระหว่างเกรน

ก. ลดปริมาณคาร์บอน สำหรับสแตนเลสที่มีองค์ประกอบช่วยคงตัว ปริมาณคาร์บอนไม่ควรเกิน 0.06%

ข. ใช้กระบวนการเชื่อมที่เหมาะสม เลือกพลังงานของแนวเชื่อมที่น้อยลงเพื่อลดระยะเวลาที่บริเวณที่ร้อนเกินไปจะคงอยู่ที่อุณหภูมิสูง และควรใส่ใจหลีกเลี่ยงผลของ "การทำให้ไวต่ออุณหภูมิปานกลาง" ในระหว่างกระบวนการเชื่อม

เมื่อทำการเชื่อมสองหน้า ควรเชื่อมตะเข็บเชื่อมที่สัมผัสกับสารกัดกร่อนเป็นขั้นตอนสุดท้าย (นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงต้องเชื่อมด้านในของท่อเชื่อมผนังหนาเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่หลังจากเชื่อมด้านนอก) บริเวณที่ร้อนเกินไปซึ่งสัมผัสกับสารกัดกร่อนจะได้รับความร้อนอีกครั้งโดยการสร้างความไวต่อความร้อน

c. การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม จะดำเนินการละลายหรืออบชุบเพื่อให้คงตัวหลังจากการเชื่อม

No.2 การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น

มาตรการต่อไปนี้สามารถใช้เพื่อป้องกันการเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนโดยความเค้น:

ก. การเลือกวัสดุที่ถูกต้องและการปรับองค์ประกอบของรอยเชื่อมอย่างเหมาะสม เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกโครเมียม-นิกเกิลที่มีความบริสุทธิ์สูง เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกโครเมียม-นิกเกิลซิลิกอนสูง เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก-ออสเทนนิติก เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติกโครเมียมสูง เป็นต้น มีความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้นที่ดี และโลหะเชื่อมเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก ความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้นจะดีเมื่อโครงสร้างของเหล็กสองเฟสเป็นเฟอร์ริติกและเฟอร์ริติก

ข. กำจัดหรือลดความเค้นตกค้าง ดำเนินการอบชุบเพื่อบรรเทาความเค้นหลังการเชื่อม และใช้กรรมวิธีทางกล เช่น การขัด การขัดด้วยลูกปืน และการตอก เพื่อลดความเค้นตกค้างบนพื้นผิว

ข. การออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเค้นในปริมาณมาก

No.3. รอยร้าวที่เกิดจากการเชื่อมด้วยความร้อน (รอยร้าวที่เกิดจากการเชื่อมผลึก รอยร้าวที่เกิดจากความร้อนทำให้เป็นของเหลว)

ความไวต่อรอยแตกร้าวจากความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของวัสดุเป็นหลัก นิเกิลเป็นสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำหรือยูเทกติกที่ก่อตัวได้ง่ายเมื่อมีสิ่งเจือปน เช่น ซัลเฟอร์และฟอสฟอรัส และการแยกตัวของโบรอนและซิลิกอนจะทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความร้อน

การเชื่อมนั้นสามารถสร้างโครงสร้างเกรนเสาหยาบที่มีทิศทางที่ชัดเจนได้ง่าย ซึ่งเอื้อต่อการแยกสิ่งสกปรกและองค์ประกอบที่เป็นอันตรายออกจากกัน ด้วยเหตุนี้จึงส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์มของเหลวระหว่างผลึกที่ต่อเนื่องและปรับปรุงความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อน หากการเชื่อมได้รับความร้อนไม่เท่ากัน ก็สามารถเกิดแรงดึงขนาดใหญ่ได้ง่าย และส่งเสริมการเกิดรอยแตกร้าวจากการเชื่อมที่ร้อน

มาตรการป้องกัน :

ก. ควบคุมปริมาณสารเจือปนที่เป็นอันตราย S และ P อย่างเคร่งครัด

ข. ปรับเนื้อสัมผัสของโลหะเชื่อม โครงสร้างรอยเชื่อมแบบสองเฟสมีความต้านทานการแตกร้าวที่ดี เฟสเดลต้าในรอยเชื่อมสามารถทำให้เกรนละเอียดขึ้น กำจัดความเป็นทิศทางของออสเทไนต์เฟสเดียว ลดการแยกตัวของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่ขอบเกรน และเฟสเดลต้าสามารถละลาย S ได้มากขึ้น

P และสามารถลดพลังงานอินเทอร์เฟซและจัดระเบียบการก่อตัวของฟิล์มของเหลวระหว่างผลึก

c. ปรับองค์ประกอบของโลหะผสมเชื่อม เพิ่มปริมาณของ Mn, C และ N ในเหล็กออสเทนนิติกเฟสเดียวอย่างเหมาะสม และเพิ่มธาตุรองในปริมาณเล็กน้อย เช่น ซีเรียม จอบ และแทนทาลัม (ซึ่งสามารถปรับปรุงโครงสร้างการเชื่อมและทำให้ขอบเกรนบริสุทธิ์) เพื่อลดความไวต่อรอยแตกร้าวจากความร้อน

ง. มาตรการกระบวนการ ลดความร้อนสูงเกินไปของแอ่งหลอมเหลวให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อป้องกันการเกิดผลึกคอลัมน์หยาบ และใช้พลังงานเส้นเล็กและลูกปัดเชื่อมที่มีหน้าตัดเล็ก

ตัวอย่างเช่น เหล็กออสเทนนิติกชนิด 25-20 มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวจากการเหลวได้ โดยการจำกัดปริมาณสิ่งเจือปนและขนาดเกรนของโลหะฐานอย่างเคร่งครัด ใช้วิธีการเชื่อมที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง พลังงานเส้นเล็ก และเพิ่มอัตราการระบายความร้อนของข้อต่อและมาตรการอื่นๆ

No4.ความเปราะบางของรอยเชื่อม

เหล็กกล้าที่ผ่านกระบวนการความร้อนสูงควรตรวจสอบให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมมีความเหนียวและป้องกันการเปราะเมื่ออุณหภูมิสูง เหล็กกล้าที่อุณหภูมิต่ำจะต้องมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเพื่อป้องกันการเปราะเมื่ออุณหภูมิต่ำของรอยเชื่อม

No5. การเชื่อมเกิดการเสียรูปมาก

เนื่องจากมีค่าการนำความร้อนต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวสูง การเปลี่ยนรูปจากการเชื่อมจึงมีมาก จึงสามารถใช้อุปกรณ์ยึดเพื่อป้องกันการเปลี่ยนรูปได้ วิธีการเชื่อมและการเลือกวัสดุเชื่อมสำหรับสเตนเลสออสเทนนิติก:

สแตนเลสออสเทนนิติกสามารถเชื่อมได้โดยการเชื่อมด้วยอาร์กทังสเตนอาร์กอน (TIG), การเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอนอิเล็กโทรดหลอมเหลว (MIG), การเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอนพลาสมา (PAW) และการเชื่อมด้วยอาร์กใต้น้ำ (SAW)

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีกระแสเชื่อมต่ำเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ การนำความร้อนต่ำ และความต้านทานไฟฟ้าสูง ควรใช้รอยเชื่อมและลูกปัดที่แคบเพื่อลดระยะเวลาคงอยู่ที่อุณหภูมิสูง ป้องกันการตกตะกอนของคาร์ไบด์ ลดความเครียดจากการหดตัวของรอยเชื่อม และลดความไวต่อรอยแตกร้าวจากความร้อน

องค์ประกอบของวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับงานเชื่อม โดยเฉพาะองค์ประกอบโลหะผสมของโครเมียมและนิกเกิล มีมากกว่าโลหะพื้นฐาน วัสดุสิ้นเปลืองสำหรับงานเชื่อมที่มีเฟอร์ไรต์ในปริมาณเล็กน้อย (4-12%) ถูกนำมาใช้เพื่อให้มั่นใจว่ารอยเชื่อมจะมีความต้านทานการแตกร้าวที่ดี (การแตกร้าวจากความเย็น การแตกร้าวจากความร้อน การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น)

เมื่อไม่อนุญาตให้มีเฟสเฟอร์ไรต์หรือเป็นไปไม่ได้ในรอยเชื่อม ควรเลือกใช้วัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมที่ประกอบด้วย Mo, Mn และธาตุโลหะผสมอื่นๆ

ควรให้ C, S, P, Si และ Nb ในวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับงานเชื่อมมีค่าต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ Nb จะทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการแข็งตัวในรอยเชื่อมออสเทไนต์บริสุทธิ์ แต่สามารถหลีกเลี่ยงเฟอร์ไรต์จำนวนเล็กน้อยในรอยเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สำหรับโครงสร้างเชื่อมที่จำเป็นต้องได้รับการทำให้เสถียรหรือคลายความเค้นหลังการเชื่อม มักจะเลือกใช้วัสดุเชื่อมที่มี Nb การเชื่อมด้วยอาร์กใต้น้ำใช้สำหรับการเชื่อมแผ่นตัวกลาง และการสูญเสียการเผาไหม้ของ Cr และ Ni สามารถเสริมด้วยการเปลี่ยนผ่านของธาตุโลหะผสมในฟลักซ์และลวดเชื่อม

เนื่องจากความลึกของการเจาะที่มาก จึงควรระมัดระวังไม่ให้เกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนในบริเวณตรงกลางของรอยเชื่อม และการลดความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ควรใส่ใจในการเลือกลวดเชื่อมที่บางกว่าและพลังงานเส้นเชื่อมที่เล็กกว่า และลวดเชื่อมควรมีปริมาณ Si, S และ P ต่ำ

ปริมาณเฟอร์ไรต์ในรอยเชื่อมสเตนเลสทนความร้อนไม่ควรเกิน 5% สำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีปริมาณโครเมียมและนิกเกิลมากกว่า 20% ควรใช้ลวดเชื่อมที่มีแมงกานีสสูง (6-8%) และควรใช้ฟลักซ์ที่มีฤทธิ์เป็นด่างหรือเป็นกลางเป็นฟลักซ์เพื่อป้องกันการเพิ่มซิลิกอนในรอยเชื่อมและปรับปรุงความต้านทานการแตกร้าว

ฟลักซ์พิเศษสำหรับสแตนเลสออสเทนนิติกมีการเติม Si เพียงเล็กน้อย ซึ่งสามารถถ่ายโอนโลหะผสมไปยังรอยเชื่อม เพื่อชดเชยการสูญเสียการเผาไหม้ขององค์ประกอบโลหะผสม เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการเชื่อมและองค์ประกอบทางเคมี