เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกในลักษณะการเชื่อม: กระบวนการเชื่อมของความยืดหยุ่น ความเค้นพลาสติก และตัวแปรความเค้นมีขนาดใหญ่มาก แต่ไม่ค่อยปรากฏรอยแตกเย็น ไม่มีโซนชุบแข็งและเกรนหยาบในรอยเชื่อม ดังนั้น ความต้านทานแรงดึงของรอยเชื่อมจึงสูง
ปัญหาหลักของการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก: การเสียรูปการเชื่อมขนาดใหญ่ เนื่องจากมีลักษณะขอบเขตของเกรนและความไวต่อสิ่งเจือปนเล็กน้อย (S, P) จึงทำให้เกิดรอยแตกร้าวที่ร้อนได้ง่าย
ปัญหาการเชื่อมห้าประการและมาตรการรักษาเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก
01 การก่อตัวของโครเมียมคาร์ไบด์ช่วยลดความต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรนของรอยเชื่อม
การกัดกร่อนตามขอบเกรน: ตามทฤษฎีโครเมียมที่ไม่ดี โครเมียมคาร์ไบด์จะตกตะกอนบนขอบเขตของเกรนเมื่อบริเวณรอยเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้รับความร้อนจนถึงโซนอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอาการแพ้ที่ 450-850 องศา C ส่งผลให้ขอบเขตของเกรนที่มีโครเมียมไม่ดีนั้น ไม่เพียงพอที่จะต้านทานระดับการกัดกร่อนได้
(1) สำหรับการกัดกร่อนตามขอบเกรนของการเชื่อมและการกัดกร่อนในเขตอุณหภูมิที่ไวต่อแสงบนตาข่าย สามารถใช้มาตรการต่อไปนี้เพื่อจำกัด:
ก. ลดปริมาณคาร์บอนของโลหะฐานและการเชื่อม และเพิ่มองค์ประกอบเสถียรภาพ Ti, Nb และองค์ประกอบอื่นๆ ให้กับโลหะฐานเพื่อสร้าง MC เป็นพิเศษเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของ Cr23C6
ข. การเชื่อมจะเกิดขึ้นเป็นโครงสร้างสองเฟสของออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์จำนวนเล็กน้อย เมื่อมีเฟอร์ไรต์ในการเชื่อมจำนวนหนึ่ง ขนาดของเกรนสามารถถูกทำให้บริสุทธิ์ สามารถเพิ่มพื้นที่เกรนได้ และปริมาณของการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์บนพื้นที่หน่วยขอบเขตเกรนสามารถลดลงได้
โครเมียมมีความสามารถในการละลายสูงในเฟอร์ไรต์ Cr23C6 มีรูปแบบพิเศษในเฟอร์ไรต์ และไม่นำไปสู่การขาดโครเมียมในขอบเขตเกรนออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ซึ่งเคลื่อนที่ไปมาระหว่างออสเทนไนต์ ช่วยป้องกันการกัดกร่อนไม่ให้แพร่กระจายเข้าไปด้านในตามแนวขอบเขตของเกรน
ค. ควบคุมเวลาพักในช่วงอุณหภูมิที่ไวต่อแสง ปรับวงจรความร้อนในการเชื่อม ลดระยะเวลาการคงตัวไว้ที่ 600 ~ 1,000 องศาให้มากที่สุด และเลือกวิธีการเชื่อมที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง (เช่น การเชื่อมอาร์กอนอาร์กพลาสมา)
เลือกพลังงานของแนวเชื่อมที่มีขนาดเล็กลง ก๊าซอาร์กอนที่ด้านหลังของแนวเชื่อมหรือแผ่นทองแดงเพื่อเพิ่มความเร็วในการทำความเย็นของรอยเชื่อม ลดจำนวนส่วนโค้งและส่วนโค้งเพื่อหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนซ้ำๆ และพื้นผิวสัมผัสของการเชื่อมหลายชั้นด้วย ตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจะถูกเชื่อมให้มากที่สุด
ง. หลังจากการเชื่อม การบำบัดด้วยสารละลายของแข็งหรือการหลอมให้คงตัว (850 ~ 900 องศา) หลังจากการเก็บรักษาความร้อนและการระบายความร้อนด้วยอากาศ เพื่อให้คาร์ไบด์ตกตะกอนเต็มที่ และโครเมียมจะถูกเร่งการแพร่กระจาย)
(2) การกัดกร่อนของมีดของรอยเชื่อม ด้วยเหตุนี้ มาตรการป้องกันต่อไปนี้จึงสามารถดำเนินการได้:
เนื่องจากความสามารถในการแพร่กระจายของคาร์บอนที่แข็งแกร่ง คาร์บอนจะถูกโพลาไรซ์ในขอบเขตของเกรนเพื่อสร้างสถานะอิ่มตัวยวดยิ่งในระหว่างกระบวนการทำความเย็น ในขณะที่ Ti และ Nb ยังคงอยู่ในคริสตัลเนื่องจากความสามารถในการแพร่กระจายต่ำ เมื่อรอยเชื่อมถูกอุ่นอีกครั้งในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอาการแพ้ คาร์บอนอิ่มตัวจะตกตะกอนในรูปของ Cr23C6 ระหว่างผลึก
ก. ลดปริมาณคาร์บอน สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีองค์ประกอบคงตัว ปริมาณคาร์บอนไม่ควรเกิน 0.06 เปอร์เซ็นต์
ข. ใช้กระบวนการเชื่อมที่เหมาะสม เลือกพลังงานของแนวเชื่อมที่มีขนาดเล็กลงเพื่อลดเวลาการคงตัวของพื้นที่ที่เกิดความร้อนมากเกินไปที่อุณหภูมิสูง และให้ความสนใจเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจาก "การไวต่ออุณหภูมิปานกลาง" ในระหว่างกระบวนการเชื่อม
เมื่อทำการเชื่อมทั้งสองด้าน การเชื่อมที่สัมผัสกับสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนควรจะถูกเชื่อมในที่สุด (นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงทำการเชื่อมภายในและภายนอกของการเชื่อมผนังหนาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่) หากไม่สามารถทำได้ การเชื่อม ควรปรับข้อกำหนดและรูปร่างการเชื่อมและบริเวณที่สัมผัสกับสารกัดกร่อนที่มีความร้อนสูงเกินไปควรไวอีกครั้งให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ค. การรักษาความร้อนหลังการเชื่อม สารละลายแข็งหรือความคงตัวหลังการเชื่อม
02 การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น
สามารถใช้มาตรการต่อไปนี้เพื่อป้องกันการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น:
ก. การเลือกใช้วัสดุที่ถูกต้องและการปรับองค์ประกอบการเชื่อมอย่างเหมาะสม เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกโครเมียม - นิกเกิลที่มีความบริสุทธิ์สูง, เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกโครเมียม - นิกเกิลซิลิคอนสูง, เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก - ออสเทนนิติก, เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมเฟอร์ริติกสูง ฯลฯ มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนของความเค้นได้ดีและทนต่อการกัดกร่อนของความเค้นได้ดีเมื่อโลหะเชื่อม เป็นโครงสร้างเหล็กดูเพล็กซ์ออสเทนไนต์-เฟอร์ไรต์
ข. กำจัดหรือลดความเครียดที่ตกค้าง ความเค้นบนพื้นผิวที่ตกค้างจะลดลงโดยวิธีการทางกล เช่น การขัดเงา การยิงระเบิด และการตอก
ค. การออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดที่มีความเข้มข้นสูง
03 การเชื่อมรอยแตกร้อน (รอยแตกเชื่อมตกผลึก, รอยแตกร้าวบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน)
ความไวของรอยแตกร้าวจากความร้อนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของวัสดุ Ni สามารถสร้างสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำหรือยูเทคติกที่มีสารเจือปน เช่น S และ P ได้ง่าย และการแยกโบรอนและซิลิคอนจะทำให้เกิดรอยแตกที่ร้อน
การเชื่อมนั้นง่ายต่อการสร้างโครงสร้างผลึกเรียงเป็นแนวหยาบที่มีทิศทางที่แข็งแกร่ง ซึ่งเอื้อต่อการแยกส่วนสิ่งเจือปนและองค์ประกอบที่เป็นอันตราย ดังนั้นจึงเกิดฟิล์มของเหลวตามขอบเกรนอย่างต่อเนื่องและความไวของรอยแตกร้าวจากความร้อนจะเพิ่มขึ้น หากการเชื่อมไม่ได้รับความร้อนสม่ำเสมอ จะเกิดความเค้นดึงขนาดใหญ่ได้ง่าย และทำให้เกิดรอยแตกที่ร้อนจากการเชื่อม
มาตรการป้องกัน:
ก. ควบคุมเนื้อหาของสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย S และ P อย่างเคร่งครัด
ข. ปรับโครงสร้างของโลหะเชื่อม แนวเชื่อมมีความต้านทานการแตกร้าวได้ดี เฟส δ ในการเชื่อมสามารถขัดเกลาเกรน กำจัดทิศทางของออสเทนไนต์เฟสเดียว ลดการแยกตัวของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่ขอบเขตเกรน และเฟส δ สามารถละลาย S และ P ได้มากขึ้น ลดพลังงานอินเทอร์เฟซ และจัดระเบียบ การก่อตัวของฟิล์มของเหลวตามขอบเกรน
ค. ปรับส่วนผสมของโลหะผสมเชื่อม ความไวของรอยแตกร้าวจากความร้อนสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มปริมาณ Mn, C และ N ในเหล็กกล้าออสเทนนิติกเฟสเดียวอย่างเหมาะสม และเพิ่มธาตุปริมาณเล็กน้อย เช่น ซีเรียม เหล็ก แทนทาลัม (ซึ่งสามารถปรับโครงสร้างการเชื่อมและทำให้เกรนบริสุทธิ์ได้) ขอบเขต)
ง. มาตรการกระบวนการ ลดความร้อนสูงเกินไปของสระหลอมเหลวให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อป้องกันการก่อตัวของผลึกเรียงเป็นแนวหนา และใช้พลังงานเส้นเล็กและการเชื่อมหน้าตัดขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าออสเทนนิติก 25-20 มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวจากการกลายเป็นของเหลว ด้วยการจำกัดปริมาณสิ่งเจือปนและขนาดเกรนของวัสดุฐานอย่างเคร่งครัด จึงสามารถนำวิธีการเชื่อมที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง พลังงานเส้นเล็ก และการปรับปรุงความเร็วการทำความเย็นของข้อต่อมาใช้ได้
04 การเปราะของรอยเชื่อม
เหล็กที่มีความแข็งแรงทางความร้อนควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อต่อเชื่อมมีความเป็นพลาสติกเพื่อป้องกันการเปราะที่อุณหภูมิสูง เหล็กกล้าอุณหภูมิต่ำต้องการความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเพื่อป้องกันการแตกหักของรอยเชื่อมที่อุณหภูมิต่ำเปราะ
05 การเสียรูปการเชื่อมขนาดใหญ่
เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวสูง ความผิดปกติของการเชื่อมจึงมีขนาดใหญ่ และฟิกซ์เจอร์สามารถใช้เพื่อป้องกันการเสียรูปได้ การเลือกวิธีการเชื่อมและวัสดุการเชื่อมสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก:
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนิติกสามารถเชื่อมได้โดยการเชื่อมอาร์กทังสเตนอาร์ก (TIG) การเชื่อมอาร์กอาร์กอนหลอมเหลว (MIG) การเชื่อมอาร์กพลาสมาอาร์กอน (PAW) และการเชื่อมอาร์กใต้น้ำ (SAW)
เนื่องจากจุดหลอมเหลวต่ำ ค่าการนำความร้อนต่ำ และความต้านทานสูง กระแสเชื่อมของสเตนเลสออสเทนนิติกจึงมีน้อย ควรใช้การเชื่อมแบบแคบและการเชื่อมแบบแคบเพื่อลดเวลาการคงตัวที่อุณหภูมิสูง ป้องกันการตกตะกอนของคาร์ไบด์ ลดความเครียดการหดตัวของการเชื่อม และลดความไวของรอยแตกร้าวจากความร้อน
องค์ประกอบของวัสดุเชื่อม โดยเฉพาะองค์ประกอบโลหะผสม Cr, Ni จะสูงกว่าวัสดุฐาน วัสดุการเชื่อมที่มีเฟอร์ไรต์ในปริมาณเล็กน้อย (4 ~ 12 เปอร์เซ็นต์ ) ถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้านทานการแตกร้าวที่ดี (การแตกร้าวเย็น การแตกร้าวที่ร้อน การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น) ของแนวเชื่อม
เมื่อไม่อนุญาตให้มีเฟสเฟอร์ไรต์หรือเป็นไปไม่ได้ที่จะอยู่ในแนวเชื่อม ควรเลือกวัสดุการเชื่อมที่มี Mo, Mn และองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ
C, S, P, Si, Nb ในวัสดุเชื่อมควรต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ Nb ในการเชื่อมออสเทนไนต์บริสุทธิ์จะทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการแข็งตัว แต่เฟอร์ไรต์จำนวนเล็กน้อยในการเชื่อมสามารถหลีกเลี่ยงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
โครงสร้างการเชื่อมที่ต้องทำให้เสถียรหรือคลายความเค้นหลังการเชื่อม มักเป็นวัสดุเชื่อมที่มี Nb การเชื่อมอาร์กแบบจุ่มใช้สำหรับการเชื่อมแผ่นขนาดกลาง การสูญเสียการเผาไหม้ของ Cr และ Ni สามารถเสริมได้ด้วยการเปลี่ยนองค์ประกอบอัลลอยด์ในฟลักซ์และลวด
เนื่องจากมีการเจาะลึกมาก ควรให้ความสนใจในการป้องกันการเกิดรอยแตกร้อนที่กึ่งกลางของรอยเชื่อม และลดความต้านทานการกัดกร่อนของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ควรให้ความสนใจกับการเลือกลวดที่บางกว่าและพลังงานของเส้นเชื่อมที่เล็กกว่า และลวดจะต้องมี Si, S และ P ต่ำ
ปริมาณเฟอร์ไรต์ในการเชื่อมสแตนเลสทนความร้อนไม่ควรเกิน 5 เปอร์เซ็นต์ สำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีปริมาณ Cr และ Ni มากกว่า 20 เปอร์เซ็นต์ ควรเลือกลวด Mn สูง (6-8 เปอร์เซ็นต์ ) และเลือกฟลักซ์ที่เป็นด่างหรือเป็นกลางเพื่อป้องกันไม่ให้ Si ถูกเติมลงในรอยเชื่อมเพื่อปรับปรุงการแตกร้าว ความต้านทาน.
ฟลักซ์พิเศษสำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกจะเพิ่ม Si น้อยมาก ซึ่งสามารถเปลี่ยนโลหะผสมเป็นการเชื่อมและชดเชยการสูญเสียการเผาไหม้ขององค์ประกอบโลหะผสมเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของประสิทธิภาพการเชื่อมและองค์ประกอบทางเคมี
