فولاد ضد زنگ نوعی فولاد است که حاوی کروم است و به آن مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی می دهد. فولاد ضد زنگ بر اساس ساختار خود به چهار نوع اصلی طبقه بندی می شود: آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی وفولاد ضد زنگ دوبلکس. هر نوع دارای ویژگی های منحصر به فرد و الزامات خاص جوش است.
فولاد ضد زنگ با افزودن کروم به فولاد تولید می شود و حالت غیرفعال ایجاد می کند که باعث می شود مواد در برابر زنگ زدگی مقاوم شوند. برای اینکه این خاصیت موثر باشد، محتوای کروم باید حداقل 12٪ باشد. برای افزایش بیشتر مقاومت در برابر خوردگی، عناصری مانند نیکل و مولیبدن اغلب برای تقویت لایه غیرفعال اضافه می شوند.
به طور کلی، "فولاد ضد زنگ" به طور گسترده شامل فولاد ضد زنگ و مقاوم در برابر اسید می شود. در حالی که فولاد ضد زنگ همیشه در برابر اسید مقاوم نیست، فولاد مقاوم در برابر اسید به دلیل ترکیب شیمیایی بهبود یافته معمولاً مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی دارد.
فولاد زنگ نزن آستنیتی و ویژگی های جوشکاری آن
فولاد زنگ نزن آستنیتی حاوی نسبت بالایی از کروم و نیکل است که معمولاً یک ساختار کاملا آستنیتی را در دمای اتاق تشکیل می دهد. این فولاد دارای انعطاف پذیری، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی عالی است. با این حال، در طول جوشکاری، چندین چالش وجود دارد:
خوردگی بین دانه ای:
هنگامی که فولاد زنگ نزن آستنیتی برای مدت طولانی در محدوده دمایی 450 درجه تا 850 درجه باقی میماند، کاربیدهای Cr23C6 ممکن است در مرز دانهها رسوب کنند و مناطق خالی از کروم ایجاد کنند و باعث خوردگی بین دانهای شوند. اقدامات پیشگیرانه شامل استفاده از مواد جوشکاری بسیار کم کربن یا تثبیت شده با عناصری مانند تیتانیوم یا نیوبیم، استفاده از تکنیکهای جوشکاری ورودی با حرارت کم و انجام عملیات محلول پس از جوشکاری است.
ترک های داغ:
فولاد زنگ نزن آستنیتی به دلیل ضریب انبساط حرارتی بالا، تنش انقباضی قابل توجهی را در طول خنک شدن تجربه می کند و آن را مستعد ترک خوردگی داغ می کند. برای جلوگیری از این امر، ترکیب فلز جوش را می توان به گونه ای تنظیم کرد که ساختاری دوبلکس تشکیل دهد که محتوای فریت بین 3 تا 5 درصد کنترل می شود. علاوه بر این، انتخاب پوشش مناسب الکترود می تواند خطرات ترک خوردگی را کاهش دهد.
ترک خوردگی ناشی از استرس:
اتصالات جوش داده شده در فولاد زنگ نزن آستنیتی ممکن است تحت تنش کششی در محیط های خورنده خاص دچار ترک خوردگی تاخیری شوند. راهبردهای پیشگیرانه شامل انتخاب مواد جوشکاری سازگار، اطمینان از تطابق مناسب بین جوش و فلز پایه، استفاده از فرآیندهای جوشکاری مناسب، و اعمال درمان تنش زدایی پس از جوش است.
شکل گیری ضعیف جوش:
فولاد زنگ نزن آستنیتی به دلیل محتوای آلیاژ بالا و سیالیت کم حوض مذاب، می تواند منجر به کیفیت پایین سطح جوش شود. برای بهبود شکلگیری جوش، میتوان از تکنیکهایی مانند جوشکاری با گاز بیاثر تنگستن (TIG) برای پاسهای ریشه، کنترل محدوده دمایی حساسسازی منطقه متاثر از حرارت و استفاده از فناوری مهرههای جوش باریک استفاده کرد.
فولاد ضد زنگ فریتی و ویژگی های جوشکاری آن
فولاد ضد زنگ فریتی حاوی 10.5٪ تا 30٪ کروم است و ساختار شبکه مکعبی بدنه دارد. معمولاً فاقد نیکل است، اما ممکن است حاوی مقادیر کمی مولیبدن، تیتانیوم یا نیوبیم باشد تا خواص بیشتری داشته باشد. این فولاد دارای رسانایی حرارتی بالا، انبساط حرارتی کم و مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و خوردگی تنش است. ویژگی های جوشکاری آن عبارتند از:
قابلیت جوشکاری:
فولاد زنگ نزن فریتی به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین، تنش های جوشکاری ایجاد می کند که می تواند باعث ترک خوردگی شود. برای به حداقل رساندن تنش و جلوگیری از ترک خوردن، پیش گرم کردن قبل از جوشکاری و خنک شدن آهسته پس از آن ضروری است.
خوردگی بین دانه ای:
فولاد ضد زنگ فریتی مستعد خوردگی بین دانه ای است، به خصوص زمانی که محتوای کربن بالا باشد. برای کاهش این خطر، استفاده از مواد جوشکاری کم کربن یا تثبیت شده توصیه می شود.
مقاومت در برابر خوردگی:
فولاد ضد زنگ فریتی مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به آستنیت داردفولاد ضد زنگ 316به ویژه در محیط هایی با محتوای کلر بالا. این آن را برای شرایط خورنده تهاجمی مناسب می کند.
خواص مکانیکی:
فولاد ضد زنگ فریتی دارای تسلیم و استحکام کششی کمی بالاتر از فولاد کم کربن است، اما شکل پذیری کمتری دارد. توجه ویژه باید به حفظ انعطاف پذیری و چقرمگی جوش در حین جوشکاری داده شود.
شکنندگی:
فولاد ضد زنگ فریتی می تواند در دمای اتاق شکننده شود، به خصوص گریدهای با کروم بالا. کنترل سرعت خنک کننده در حین جوشکاری و اعمال عملیات حرارتی مناسب پس از جوش می تواند این مشکل را کاهش دهد.
شکنندگی در دمای بالا:
در دماهای بالا، فولاد ضد زنگ فریتی ممکن است به دلیل بارش کاربید دچار شکنندگی شود. این خطر را می توان با کنترل محتوای کربن و نیتروژن فولاد به حداقل رساند.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی و ویژگی های جوشکاری آن
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی یک فولاد ضد زنگ با کربن بالا با ساختار شبکه مکعبی بدنه است. از طریق عملیات حرارتی به استحکام و سختی بالایی دست می یابد اما انعطاف پذیری و چقرمگی نسبتاً کمی دارد. ویژگی های کلیدی جوش عبارتند از:
تمایل به سخت شدن:
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی پس از سرد شدن پس از جوشکاری ساختار مارتنزیتی سخت و شکننده ای تشکیل می دهد که خطر شکنندگی و ترک خوردگی در اتصالات جوش داده شده را افزایش می دهد.
پیش گرم کردن و درمان پس از گرما:
برای کاهش تنش جوشکاری و جلوگیری از ترک خوردن، پیش گرم کردن قبل از جوشکاری و اعمال عملیات حرارتی پس از جوشکاری ضروری است. این اقدامات به بازیابی چقرمگی ناحیه جوش داده شده کمک می کند.
ترک های جوشکاری:
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به دلیل سختی پذیری و تنش جوشکاری، مستعد ترک خوردگی سرد است، به خصوص اگر عملیات پیش گرمایش و عملیات پس از حرارت به درستی انجام نشود.
انتخاب مواد جوشکاری:
انتخاب مواد جوشکاری مناسب بسیار مهم است. الکترودهای کم هیدروژن یا سیمهای جوش مطابق با ترکیب شیمیایی ماده اصلی معمولاً برای کاهش خطرات ترک استفاده میشوند.
فرآیند جوشکاری:
انتخاب فرآیند جوشکاری مناسب، مانند جوشکاری قوس الکتریکی یا جوشکاری با گاز بی اثر تنگستن (TIG) و کنترل پارامترهای جوشکاری برای دستیابی به جوش با کیفیت بالا بسیار مهم است.
میزان سرمایش:
سرعت سرد شدن پس از جوشکاری به طور قابل توجهی بر کیفیت جوش تأثیر می گذارد. خنک شدن سریع خطر سخت شدن و ترک خوردن را افزایش می دهد، در حالی که خنک شدن آهسته ممکن است چقرمگی در ناحیه جوش را کاهش دهد.
بنابراین، اطمینان از کیفیت و عملکرد بالا جوشکاری شامل انتخاب مواد جوش مناسب، کنترل پارامترهای جوشکاری و انجام عملیات مناسب پس از جوش است. درک کامل ویژگی های جوش فولاد ضد زنگ برای طراحی و ساخت ماشین آلات بادوام بسیار مهم است.
