ลักษณะการเชื่อมของสเตนเลสออสเทนนิติก: ปริมาณความเค้นยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นและความเครียดระหว่างการเชื่อมมีมาก แต่รอยแตกร้าวจากความเย็นเกิดขึ้นได้น้อยมาก ไม่มีโซนการชุบแข็งและการหยาบของเมล็ดพืชในรอยเชื่อม ดังนั้นความแข็งแรงในการดึงของรอยเชื่อมจึงสูง
ปัญหาหลักของการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกคือ การเสียรูปจากการเชื่อมมีมาก เนื่องจากลักษณะของขอบเกรนและความอ่อนไหวต่อสิ่งเจือปนบางชนิด (S, P) จึงทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนได้ง่าย
ปัญหาการเชื่อมหลัก 5 ประการของสเตนเลสออสเทนนิติกและแนวทางแก้ไข
01 การเกิดคาร์ไบด์โครเมียมทำให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนของรอยเชื่อมลดลง
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 พื้นที่ของเกรนก็เพิ่มขึ้น และปริมาณการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ต่อหน่วยพื้นที่ของขอบเกรนก็ลดลงได้ โครเมียมมีความสามารถในการละลายสูงในเฟอร์ไรต์ และ Cr23C6 จะก่อตัวในเฟอร์ไรต์โดยเฉพาะ โดยไม่ทำให้ขอบเกรนออสเทไนต์หมดไปในโครเมียม เฟอร์ไรต์ที่กระจัดกระจายระหว่างออสเทไนต์สามารถป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรนไปจนถึงการแพร่กระจายภายใน
ค. ควบคุมระยะเวลาคงอยู่ในช่วงอุณหภูมิการทำให้ไวต่อความรู้สึก ปรับรอบความร้อนของการเชื่อมให้ระยะเวลาคงอยู่ที่ 600-1000 องศาให้สั้นที่สุด เลือกวิธีการเชื่อมที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง (เช่น การเชื่อมด้วยอาร์กพลาสม่าอาร์กอน) เลือกพลังงานแนวเชื่อมที่น้อยกว่า และส่งก๊าซอาร์กอนไปที่ด้านหลังของรอยเชื่อม หรือใช้แผ่นทองแดง เพิ่มอัตราการระบายความร้อนของรอยเชื่อม ลดจำนวนการเกิดอาร์กและการเกิดอาร์กเพื่อหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนซ้ำ และใช้การเชื่อมครั้งสุดท้ายบนพื้นผิวสัมผัสกับตัวกลางที่กัดกร่อนในระหว่างการเชื่อมหลายชั้น
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 เลือกพลังงานของเส้นเชื่อมที่เล็กลงเพื่อลดระยะเวลาที่บริเวณที่ร้อนเกินไปอยู่ในอุณหภูมิสูง และควรระวังไม่ให้เกิดผลของ "การทำให้ไวต่ออุณหภูมิปานกลาง" ในระหว่างกระบวนการเชื่อม เมื่อทำการเชื่อมสองด้าน ควรเชื่อมตะเข็บเชื่อมที่สัมผัสกับตัวกลางที่กัดกร่อนเป็นขั้นตอนสุดท้าย (นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงทำการเชื่อมภายในของท่อเชื่อมผนังหนาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่หลังจากเชื่อมภายนอก) บริเวณที่ร้อนเกินไปที่สัมผัสกับตัวกลางที่กัดกร่อนจะได้รับความร้อนอีกครั้งโดยการทำให้ไวต่ออุณหภูมิ
c. การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม จะดำเนินการละลายหรืออบชุบเพื่อให้คงตัวหลังจากการเชื่อม
02. การแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้น
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
03รอยร้าวที่เกิดจากการเชื่อมด้วยความร้อน (รอยร้าวจากการตกผลึกของรอยเชื่อม รอยร้าวจากการเหลวตัวของของเหลวในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน)
ความอ่อนไหวต่อรอยแตกร้าวจากความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของวัสดุเป็นหลัก นิเกิลนั้นสามารถก่อตัวได้ง่ายในสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำหรือยูเทกติกที่มีสิ่งเจือปน เช่น ซัลเฟอร์และฟอสฟอรัส และการแยกตัวของโบรอนและซิลิกอนจะทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความร้อน รอยเชื่อมนั้นสามารถสร้างโครงสร้างเกรนแบบคอลัมน์หยาบที่มีทิศทางที่ชัดเจนได้ง่าย ซึ่งเอื้อต่อการแยกตัวของสิ่งเจือปนและองค์ประกอบที่เป็นอันตราย ดังนั้นจึงส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์มของเหลวระหว่างผลึกอย่างต่อเนื่องและปรับปรุงความไวของการแตกร้าวจากความร้อน หากการเชื่อมได้รับความร้อนไม่สม่ำเสมอ ก็จะเกิดแรงดึงขนาดใหญ่ได้ง่ายและส่งเสริมให้เกิดรอยแตกร้าวจากการเชื่อมที่ร้อน
มาตรการป้องกัน :
ก. ควบคุมปริมาณสารเจือปนที่เป็นอันตราย S และ P อย่างเคร่งครัด
ข. ปรับเนื้อสัมผัสของโลหะเชื่อม โครงสร้างรอยเชื่อมแบบสองเฟสมีความต้านทานการแตกร้าวที่ดี เฟสเดลต้าในรอยเชื่อมสามารถทำให้เกรนละเอียดขึ้น กำจัดทิศทางของออสเทไนต์เฟสเดียว ลดการแยกตัวของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่ขอบเกรน และเฟสเดลต้าสามารถละลาย S, P ได้มากขึ้น และสามารถลดพลังงานของส่วนต่อประสานและจัดระเบียบการก่อตัวของฟิล์มของเหลวระหว่างผลึก
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
04ความเปราะบางของรอยเชื่อม
เหล็กกล้าที่ผ่านกระบวนการความร้อนสูงควรตรวจสอบให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมมีความเหนียวและป้องกันการเปราะเมื่ออุณหภูมิสูง เหล็กกล้าที่อุณหภูมิต่ำจะต้องมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเพื่อป้องกันการเปราะเมื่ออุณหภูมิต่ำของรอยเชื่อม
05การเสียรูปจากการเชื่อมมีขนาดใหญ่
เนื่องจากมีค่าการนำความร้อนต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวสูง การเปลี่ยนรูปจากการเชื่อมจึงมีมาก จึงสามารถใช้อุปกรณ์ยึดเพื่อป้องกันการเปลี่ยนรูปได้ วิธีการเชื่อมและการเลือกวัสดุเชื่อมสำหรับสเตนเลสออสเทนนิติก:
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกสามารถเชื่อมได้โดยการเชื่อมด้วยอาร์กทังสเตนอาร์กอน (TIG) การเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอนอิเล็กโทรดหลอมเหลว (MIG) การเชื่อมด้วยอาร์กอาร์กอนพลาสมา (PAW) และการเชื่อมด้วยอาร์กจมน้ำ (SAW) เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีกระแสเชื่อมต่ำเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ การนำความร้อนต่ำ และความต้านทานไฟฟ้าสูง ควรใช้รอยเชื่อมและลูกปัดที่แคบเพื่อลดระยะเวลาที่อุณหภูมิสูง ป้องกันการตกตะกอนของคาร์ไบด์ ลดความเครียดจากการหดตัวของรอยเชื่อม และลดความไวต่อรอยแตกร้าวจากความร้อน
องค์ประกอบของวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับงานเชื่อม โดยเฉพาะองค์ประกอบโลหะผสมของโครเมียมและนิกเกิลจะมีค่าสูงกว่าโลหะพื้นฐาน วัสดุสิ้นเปลืองสำหรับงานเชื่อมที่มีเฟอร์ไรต์ในปริมาณเล็กน้อย (4-12%) ถูกนำมาใช้เพื่อให้มั่นใจว่ารอยเชื่อมจะมีความต้านทานการแตกร้าว (การแตกร้าวจากความเย็น การแตกร้าวจากความร้อน การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น) ได้ดี หากไม่สามารถยอมรับเฟสเฟอร์ไรต์หรือไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในรอยเชื่อม ควรเลือกใช้วัสดุสิ้นเปลืองสำหรับงานเชื่อมที่มีโมลิบดีนัม แมงกานีส และองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ
ภาษาไทยC, S, P, Si และ Nb ในวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับการเชื่อมควรต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ Nb จะทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการแข็งตัวในรอยเชื่อมออสเทไนต์บริสุทธิ์ แต่สามารถหลีกเลี่ยงเฟอร์ไรต์จำนวนเล็กน้อยในรอยเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับโครงสร้างที่เชื่อมซึ่งจำเป็นต้องได้รับการทำให้เสถียรหรือคลายความเค้นหลังการเชื่อม มักจะเลือกใช้วัสดุเชื่อมที่มี Nb การเชื่อมด้วยอาร์กใต้น้ำใช้สำหรับการเชื่อมแผ่นกลาง และการสูญเสียการเผาไหม้ของ Cr และ Ni สามารถเสริมได้ด้วยการเปลี่ยนผ่านขององค์ประกอบโลหะผสมในฟลักซ์และลวดเชื่อม เนื่องจากความลึกของการเจาะที่มาก ควรระมัดระวังเพื่อป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนที่บริเวณกึ่งกลางของรอยเชื่อมและความต้านทานการกัดกร่อนของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน การลดทางเพศ ควรใส่ใจในการเลือกลวดเชื่อมที่บางกว่าและพลังงานของเส้นเชื่อมที่เล็กกว่า และลวดเชื่อมควรมี Si, S และ P ต่ำ ปริมาณเฟอร์ไรต์ในรอยเชื่อมสแตนเลสทนความร้อนไม่ควรเกิน 5% สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกที่มีปริมาณโครเมียมและนิกเกิลมากกว่า 20% ควรใช้ลวดเชื่อมที่มีแมงกานีสสูง (6-8%) และควรใช้ฟลักซ์ที่มีฤทธิ์เป็นด่างหรือเป็นกลางเป็นฟลักซ์เพื่อป้องกันการเติมซิลิกอนในรอยเชื่อมและปรับปรุงความต้านทานการแตกร้าว ฟลักซ์พิเศษสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีการเติมซิลิกอนเพียงเล็กน้อย ซึ่งสามารถถ่ายโอนโลหะผสมไปยังรอยเชื่อมเพื่อชดเชยการสูญเสียจากการเผาไหม้ขององค์ประกอบโลหะผสมเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการเชื่อมและองค์ประกอบทางเคมี
