โลหะผสมที่ยากที่สุดในการเชื่อมคืออะไร?

การเชื่อมเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการหลอมละลายและการหลอมรวมวัสดุและความยากลำบากในการเชื่อมแตกต่างกันอย่างมากในระหว่างโลหะผสมที่แตกต่างกัน ในขณะที่โลหะผสมทั่วไปจำนวนมาก (เช่นเหล็กอัลลอยต่ำและอลูมิเนียม) สามารถเชื่อมด้วยวิธีการมาตรฐานอัลลอยด์บางตัวยากที่จะเชื่อมเนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีคุณสมบัติทางกายภาพหรือความไวต่อความร้อน เมื่อประเมิน "อัลลอยที่ยากที่สุดในการเชื่อม" ความร้อน - superalloys ที่ต้านทานต่อ - โดยเฉพาะนิกเกิล - superalloys ที่อิงตามความไม่แน่นอน 718, Hastelloy X และ Waspaloy -
ความยากลำบากในการเชื่อม superalloys เหล่านี้เกิดจากการรวมกันของคุณสมบัติที่แท้จริงและความไวของโครงสร้างซึ่งสร้างอุปสรรคหลายอย่างในระหว่างกระบวนการเชื่อม
ประการแรกองค์ประกอบทางเคมีของพวกเขามีความซับซ้อนสูง ความร้อน - superalloys ต้านทานมีระดับสูงขององค์ประกอบผสมเช่นนิกเกิล (องค์ประกอบพื้นฐาน), โครเมียม (สำหรับความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน), โคบอลต์ (สูง - ความแข็งแรงของอุณหภูมิ) และโลหะทนไฟเช่นโมลิบดีนัม องค์ประกอบเหล่านี้ปรับปรุงประสิทธิภาพอุณหภูมิสูง - แต่ทำให้โลหะผสมมีแนวโน้มที่จะแยกระหว่างการเชื่อม การแยกเกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบการผสมมีสมาธิอย่างไม่สม่ำเสมอในสระเชื่อมซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเฟส intermetallic ที่เปราะบาง (เช่นเฟส LAVES ใน Inconel 718) เฟสเหล่านี้ทำให้ข้อต่อเชื่อมและเพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าวภายใต้ความเครียด
ประการที่สองพวกเขาไวต่อความร้อนเป็นอย่างมาก ซึ่งแตกต่างจากเหล็กโลหะผสมต่ำหรืออลูมิเนียมซึ่งสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงความร้อนปานกลางความร้อน - superalloys ที่ทนต่อการตอบสนองได้ไม่ดีทั้งความร้อนที่มากเกินไปและไม่เพียงพอ ความร้อนที่มากเกินไปทำให้เกิดการเจริญเติบโตของเม็ดในความร้อน - โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ลดความเหนียวและสร้าง "โซนอ่อน" ที่ล้มเหลวภายใต้การโหลดอุณหภูมิสูง - ในทางกลับกันความร้อนไม่เพียงพอนำไปสู่การหลอมรวมที่ไม่สมบูรณ์ทิ้งช่องว่างหรือช่องว่างในการเชื่อม นอกจากนี้จุดหลอมเหลวที่สูงของโลหะผสมเหล่านี้ (มักจะสูงกว่า 1,200 องศา) ต้องใช้แหล่งความร้อนที่รุนแรงซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงของการบิดเบือนและการแตกร้าวด้วยความร้อน
ความท้าทายที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความอ่อนแอของพวกเขาต่อการแคร็กร้อน การแคร็กร้อนเกิดขึ้นในสระว่ายน้ำเชื่อมในขณะที่มันแข็งตัวขับเคลื่อนโดยการแยกส่วนต่ำ - การละลาย - องค์ประกอบจุด (เช่นซัลเฟอร์ฟอสฟอรัสหรือซิลิกอน) ที่ขอบเขตของเมล็ด ความร้อน - superalloys ต้านทานมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะองค์ประกอบโลหะผสมที่ซับซ้อนของพวกเขาสร้างโอกาสมากขึ้นสำหรับการแยกดังกล่าว ตัวอย่างเช่น Inconel 718 มี niobium ซึ่งสามารถสร้าง intermetallics เปราะที่มีสมาธิที่ขอบเขตของเมล็ดทำให้การเชื่อมมีความเสี่ยงต่อการแตกเมื่อมันเย็นลง
การออกซิเดชั่นก็เป็นปัญหาที่สำคัญเช่นกัน โลหะผสมเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง แต่ในระหว่างการเชื่อมชั้นออกไซด์ป้องกัน (เกิดจากโครเมียมหรืออลูมิเนียม) สามารถสลายได้ สิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของออกไซด์ใหม่ในสระว่ายน้ำเชื่อมซึ่งทำหน้าที่รวมกันและทำให้ข้อต่ออ่อนแอลง แม้แต่การติดตามปริมาณออกซิเจนหรือไนโตรเจนในก๊าซป้องกันสามารถปนเปื้อนการเชื่อมได้ซึ่งต้องการอัลตร้า - ก๊าซป้องกันบริสุทธิ์ (เช่น 99.999% อาร์กอน) และการควบคุมบรรยากาศที่เข้มงวด - การเพิ่มความซับซ้อนและต้นทุนให้กับกระบวนการ
เมื่อเทียบกับ - ถึง - เชื่อมโลหะผสม (เช่นไทเทเนียมหรือสูง - คาร์บอนเหล็ก), ความร้อน - superalloys ที่ทนต่อความท้าทายที่ไม่ซ้ำกัน ไทเทเนียมในขณะที่ปฏิกิริยาออกซิเจนสามารถเชื่อมได้สำเร็จด้วยการป้องกันที่เหมาะสม สูง - เหล็กกล้าคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะแคร็กเย็น แต่สามารถจัดการได้ด้วยการอุ่นและต่ำ - ฟิลเลอร์ไฮโดรเจน ในทางตรงกันข้าม superalloys ต้องการความแม่นยำในทุกขั้นตอน: จากการเลือกโลหะฟิลเลอร์ (ซึ่งต้องตรงกับเคมีของโลหะผสมเพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างเฟส) ไปจนถึงการควบคุมอินพุตความร้อน (มักจะต้องใช้วิธีการขั้นสูงเช่นการเชื่อมด้วยเลเซอร์หรือการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน) และโพสต์ -
ในการเชื่อมความร้อน - superalloys ต้านทานต้องใช้เทคนิคพิเศษ:
•กระบวนการเชื่อมขั้นสูง: การเชื่อมลำแสงเลเซอร์หรือการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอนซึ่งให้ความร้อนเข้มข้นด้วย HAZ น้อยที่สุดเป็นที่ต้องการมากกว่า MIG หรือ TIG แบบดั้งเดิมสำหรับส่วนที่บาง
•การป้องกันที่เข้มงวด: โซนเชื่อม (รวมถึงด้านหลังของข้อต่อ) จะต้องได้รับการปกป้องด้วยก๊าซเฉื่อยจนกว่าจะเย็นต่ำกว่า 300 องศาเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน
•วิศวกรรมโลหะฟิลเลอร์: ฟิลเลอร์แบบกำหนดเอง (เช่น Inconel 625 สำหรับการเข้าร่วม Inconel 718) ใช้เพื่อลดการแยกและความเสี่ยงการแตก
•โพสต์ - การรักษาความร้อนเชื่อม: การหลอมโซลูชันและการชราภาพมีความสำคัญต่อการคืนค่าความแข็งแรงของอุณหภูมิสูง -
โดยสรุปความร้อน - superalloys ต้านทาน - โดยเฉพาะอย่างยิ่งนิกเกิล - เกรดที่ใช้เช่น Inconel 718-เป็นหนึ่งในโลหะผสมที่ยากที่สุดในการเชื่อม องค์ประกอบที่ซับซ้อนความไวต่อความร้อนและความอ่อนแอต่อการแตกและออกซิเดชันสร้างพายุที่สมบูรณ์แบบของความท้าทายที่ต้องการเทคนิคขั้นสูงการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดและความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน ในขณะที่โลหะผสมอื่น ๆ มีปัญหาในการเชื่อมไม่มีการรวมกันของการรวมกันของอุปสรรคที่นำเสนอโดย superalloys เหล่านี้ทำให้พวกเขาเป็นมาตรฐานสำหรับ "ยากที่สุดที่จะเชื่อม" ในการใช้งานอุตสาหกรรม