ทำไมคุณไม่สามารถเชื่อมเหล็กชุบแข็งได้?

เหล็กแข็ง - เป็นที่รู้จักสำหรับความแข็งแรงและความแข็งสูงเนื่องจากการรักษาด้วยความร้อน (เช่นการดับและการแบ่งเบาบรรเทา) - นำเสนอความท้าทายที่สำคัญในการเชื่อม ในขณะที่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะเชื่อม แต่ก็ยากมากที่จะทำเช่นนั้นโดยไม่ทำลายวัสดุหรือสร้างข้อต่อที่อ่อนแอและไม่แน่นอน ปัญหาหลักอยู่ที่ความร้อนจากการเชื่อมโต้ตอบกับโครงสร้างจุลภาคของเหล็กนำไปสู่ปัญหาที่เกิดขึ้น นี่คือรายละเอียดรายละเอียด:
1. อะไรทำให้เหล็กแข็ง "แข็ง"?
อันดับแรกสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าทำไมเหล็กแข็งจึงทำงานแตกต่างกัน เหล็กชุบแข็งบรรลุคุณสมบัติผ่านกระบวนการบำบัดความร้อน:
•การดับ: เหล็กให้ความร้อนถึงอุณหภูมิสูง (เช่น 800–900 องศา) เพื่อสร้างโครงสร้างจุลภาค "ออสเทนไนต์" ที่สม่ำเสมอจากนั้นทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (ในน้ำหรือน้ำมัน) เพื่อดักอะตอมคาร์บอน
•โครงสร้าง Martensitic นี้ให้เหล็กแข็งสูง (มักจะ 50+ HRC) แต่ยังทำให้มันเปราะและไวต่อความร้อน
2. เหตุผลสำคัญการเชื่อมเหล็กแข็งเป็นปัญหา
การเชื่อมเกี่ยวข้องกับการหลอมละลายและ re - โลหะแข็งตัวซึ่งจะทำให้เหล็กแข็งขึ้นสู่การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขัดขวางโครงสร้างจุลภาคและสร้างปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้:
. การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วทำให้ martensite มากขึ้น - และการแคร็ก
เมื่อพูลเชื่อมเย็นลงความร้อน - โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) - พื้นที่รอบ ๆ เชื่อมที่ไม่ละลาย แต่ถูกทำให้ร้อน - ผ่านการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรง:
• HAZ ถูกทำให้ร้อนเหนือ "อุณหภูมิวิกฤต" ของเหล็ก (ประมาณ 723 องศา) เปลี่ยนมาร์เทนไซต์ที่มีอยู่กลับมาเป็นออสเทนไนต์
•เมื่อเชื่อมทำให้เย็นลงออสเทนไนต์นี้จะเปลี่ยนเป็น Martensite ได้เร็วกว่าในระหว่างกระบวนการชุบแข็งเดิม (เนื่องจากความร้อนที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น
•การก่อตัวของมาร์เทนไซต์ใหม่อย่างรวดเร็วนี้ทำให้เกิดความเครียดภายในอย่างรุนแรงเนื่องจาก Martensite นั้นหนาแน่นกว่าออสเทนไนท์ซึ่งนำไปสู่การแคร็กเย็น (เรียกอีกอย่างว่า "ไฮโดรเจน - การแตกที่เกิดขึ้น") ใน HAZ หรือ WELD
ข. ไฮโดรเจน embrittlement แย่ลง
การเชื่อมแนะนำไฮโดรเจนเข้าสู่เหล็กซึ่งมักจะมาจากความชื้นในอากาศฟลักซ์หรือพื้นผิวที่ปนเปื้อน โครงสร้าง Martensitic ของ Hardened Steel กับไฮโดรเจนนี้ซึ่ง:
•ทำให้ความสามารถของโลหะลดลงในการต้านทานความเครียด
•รวมกับความเครียดภายในจากการก่อตัวของ Martensite เพื่อกระตุ้นรอยแตกบางครั้งชั่วโมงหรือวันหลังจากการเชื่อม
ค. การสูญเสียความแข็งใน HAZ
ในขณะที่บางส่วนของ HAZ กลายเป็นยากขึ้น (และเปราะบาง) จาก Martensite ใหม่พื้นที่อื่น ๆ จะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิที่ "อารมณ์" มาร์เทนไซต์ที่มีอยู่:
•การแบ่งเบาอารมณ์อ่อนลง Martensite ลดความแข็งในภูมิภาคเหล่านั้น
•สิ่งนี้สร้าง "จุดอ่อน" ใน HAZ ทำลายความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอของเหล็ก
d. ความเปราะบางเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกหัก
เหล็กแข็งนั้นเปราะอยู่แล้วเนื่องจากโครงสร้าง Martensitic การเชื่อมทำให้รุนแรงขึ้นนี้:
• HAZ กลายเป็นเปราะมากขึ้นจากการก่อตัวของ Martensite หรือ Carbide ใหม่ (ถ้าเหล็กสูง - คาร์บอน)
•แตกต่างจากโลหะที่มีความเหนียวซึ่งโค้งงอภายใต้ความเครียดพื้นที่ที่เปราะบางนี้สามารถแตกหักได้ภายใต้ภาระซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของหายนะ
3. มีวิธีใดบ้างที่จะเชื่อมเหล็กแข็งตัว?
ในขณะที่การเชื่อมเหล็กแข็งนั้นเป็นไปไม่ได้ แต่ก็ต้องใช้เทคนิคพิเศษเพื่อลดความเสียหายให้น้อยที่สุด - และแม้กระทั่งผลลัพธ์ก็ไม่ค่อยสมบูรณ์แบบ วิธีแก้ปัญหาทั่วไป ได้แก่ :
•เปิดใช้งานเหล็ก: ให้ความร้อนตลอดทั้ง 200–300 องศาก่อนที่การเชื่อมจะทำให้การระบายความร้อนช้าลงลดการก่อตัวของมาร์เทนไซต์และความเครียด นี่เป็นสิ่งสำคัญ แต่ไม่กำจัดความเสี่ยง
•ใช้วิธีการเชื่อมไฮโดรเจนต่ำ -: เลือกกระบวนการเช่น TIG (การเชื่อมอาร์คทังสเตนแก๊ส) ด้วยการป้องกันก๊าซเฉื่อยหรือต่ำ - อิเล็กโทรดไฮโดรเจนเพื่อลดการดูดซึมไฮโดรเจน
•โพสต์ - การรักษาความร้อนเชื่อม (PWHT): หลังจากการเชื่อมให้อุณหภูมิเหล็กโดยให้ความร้อนถึง 200–300 องศาและเย็นลงอย่างช้าๆ สิ่งนี้จะช่วยลดความเครียดและทำให้มาร์เทนไซต์ส่วนเกินอ่อนลงแม้ว่ามันจะช่วยลดความแข็งโดยรวมของเหล็ก
•หลีกเลี่ยงการเชื่อมโดยสิ้นเชิง: ในหลาย ๆ กรณีมันจะดีกว่าที่จะใช้ชิ้นส่วนจากเหล็กที่มีการอบอ่อน (อ่อน) เชื่อมก่อนแล้วแข็งมันหลังจากนั้น สิ่งนี้หลีกเลี่ยงการทำลายโครงสร้างที่แข็งตัว
4. ทำไมมักจะดีกว่าที่จะหลีกเลี่ยงการเชื่อมเหล็กแข็ง
แม้จะมีข้อควรระวังการเชื่อมเหล็กแข็งก็ไม่ค่อยคืนวัสดุให้เป็นคุณสมบัติดั้งเดิม:
•รอยแตกอาจยังคงเกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่สูง - ความเครียดเช่นเครื่องมือหรือชิ้นส่วนโครงสร้าง
• HAZ จะมีความแข็งที่ไม่สอดคล้องกันเสมอ
•เวลาและค่าใช้จ่ายในการอุ่นอุปกรณ์พิเศษและโพสต์ - การรักษาด้วยการเชื่อมมักจะมีค่ามากกว่าผลประโยชน์
บทสรุป
เหล็กแข็งเป็นเรื่องยากมากที่จะเชื่อมได้อย่างประสบความสำเร็จเนื่องจากการเชื่อมรบกวนโครงสร้างจุลภาคของ Martensitic สร้างความเครียดภายในแนะนำไฮโดรเจนและทำให้เกิดการแตกร้าวหรือสูญเสียความแข็ง ในขณะที่เทคนิคที่ จำกัด และเฉพาะเจาะจงสามารถลดความเสี่ยงได้ แต่พวกเขาไม่ค่อยผลิตข้อต่อที่เชื่อถือได้เท่ากับเหล็กต้นฉบับ ด้วยเหตุผลนี้โดยทั่วไปแล้วการเชื่อมเหล็กแข็งจึงไม่แนะนำเว้นแต่จำเป็นอย่างยิ่ง - และแม้กระทั่งตอนนั้นก็ต้องใช้ทักษะความเชี่ยวชาญและการวางแผนอย่างรอบคอบ ในกรณีส่วนใหญ่การเชื่อมก่อนการชุบแข็ง (เมื่อเหล็กยังอ่อนอยู่) เป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า