ไม่น่าแปลกใจเลยที่การเชื่อมสเตนเลสออสเทนนิติกมักจะประสบปัญหา—กลายเป็นว่าประเด็นสำคัญเหล่านี้ถูกมองข้าม!

ลักษณะการเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนิติก: ความเครียดและความเครียดของความยืดหยุ่นและพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม แต่การแตกร้าวเย็นแทบจะไม่เกิดขึ้น รอยต่อที่เชื่อมไม่แสดงการแข็งตัว-โซนหรือการแข็งตัวของเกรนอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้มีความต้านทานแรงดึงสูงสำหรับตะเข็บเชื่อม

ประเด็นสำคัญในการเชื่อมสเตนเลสออสเทนนิติก: การเสียรูปการเชื่อมอย่างมีนัยสำคัญ ความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อนเนื่องจากลักษณะขอบเขตของเกรนและความไวต่อสิ่งเจือปนเล็กน้อย (เช่น S และ P)

ภาพ
ภาพ
ปัญหาการเชื่อมที่สำคัญห้าประการและมาตรการบรรเทาผลกระทบสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก

01
การก่อตัวของโครเมียมคาร์ไบด์จะช่วยลดความต้านทานของรอยต่อต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน

การกัดกร่อนตามขอบเกรน: ตามทฤษฎีการพร่องของโครเมียม- เมื่อตะเข็บเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน- (HAZ) ได้รับความร้อนภายในช่วงอุณหภูมิการแพ้ที่ 450 องศา –850 องศา โครเมียมคาร์ไบด์จะตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งจะทำให้โครเมียม-หมดบริเวณบริเวณขอบเขต ทำให้ไม่สามารถต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

(1) สามารถใช้มาตรการต่อไปนี้เพื่อลดการกัดกร่อนตามขอบเกรนในรอยเชื่อมและการกัดกร่อนในบริเวณที่ทำให้เกิดอาการแพ้ของโลหะฐาน:

ก. ลดปริมาณคาร์บอนทั้งในโลหะฐานและโลหะเชื่อม เพิ่มองค์ประกอบที่ทำให้เสถียร (เช่น Ti หรือ Nb) ให้กับโลหะฐานเพื่อสร้างคาร์ไบด์ประเภท MC- เป็นพิเศษ เพื่อป้องกันการเกิด Cr₂₃C₆

ข. สร้างโครงสร้างจุลภาคแบบเฟสคู่-ในรอยเชื่อมที่ประกอบด้วยออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์จำนวนเล็กน้อย การปรากฏตัวของเฟอร์ไรต์ช่วยปรับแต่งโครงสร้างของเกรนและเพิ่มพื้นที่ขอบเขตเกรนทั้งหมด ซึ่งช่วยลดปริมาณการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ต่อหน่วยพื้นที่ของขอบเขตเกรน

โครเมียมมีความสามารถในการละลายในเฟอร์ไรต์ได้สูงกว่า ดังนั้น Cr₂₃C₆ จึงก่อตัวขึ้นเป็นพิเศษภายในเฟสเฟอร์ไรต์ แทนที่จะทำให้โครเมียมหมดสิ้นที่ขอบเขตเกรนออสเทนไนต์ นอกจากนี้ เฟอร์ไรต์ที่กระจายตัวภายในเมทริกซ์ออสเทนไนต์ยังทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันการกัดกร่อนไม่ให้แพร่กระจายเข้าสู่วัสดุตามแนวขอบเขตของเกรน

ค. ควบคุมเวลาพักภายในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอาการแพ้ ปรับวงจรความร้อนในการเชื่อมเพื่อลดเวลาที่ใช้ระหว่าง 600 องศาถึง 1,000 องศา สามารถเลือกวิธีการเชื่อมที่มีความหนาแน่นสูง-พลังงาน-ได้ (เช่น การเชื่อมอาร์กพลาสมา) เพื่อจุดประสงค์นี้ ใช้ความร้อนจากการเชื่อมที่ต่ำกว่า ล้างด้านหลังของรอยเชื่อมด้วยอาร์กอน หรือใช้แผ่นรองทองแดงเพื่อเพิ่มอัตราการเย็นตัวของรอยเชื่อม ลดจำนวนการเริ่มต้นและหยุดส่วนโค้งเพื่อหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนซ้ำ และสำหรับการเชื่อมหลายรอบ- ให้เชื่อมพื้นผิวที่จะสัมผัสกับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนให้คงอยู่ทุกครั้งที่เป็นไปได้

ง. ดำเนินการบำบัดสารละลายหลังการเชื่อม-หรือทำให้การอบอ่อนมีความเสถียร (850 องศา –900 องศา ) ตามด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศเพื่อให้แน่ใจว่ามีการตกตะกอนของคาร์ไบด์เต็มที่และเร่งการแพร่กระจายของโครเมียม

ภาพ

(2) การโจมตีแนวมีด- (รูปแบบหนึ่งของการกัดกร่อนเฉพาะที่) ในรอยเชื่อม สามารถใช้มาตรการป้องกันต่อไปนี้:

เนื่องจากการแพร่กระจายของคาร์บอนสูง คาร์บอนจึงแยกตัวตามขอบเขตของเมล็ดข้าวในระหว่างการทำความเย็น ทำให้เกิดสถานะอิ่มตัวยวดยิ่ง ในขณะที่ Ti และ Nb ยังคงอยู่ภายในเมล็ดพืชเนื่องจากมีการแพร่กระจายต่ำ เมื่อรอยเชื่อมถูกอุ่นอีกครั้งภายในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอาการแพ้ คาร์บอนอิ่มตัวยวดยิ่งจะตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรนในรูปของ Cr₂₃C₆

ก. ลดปริมาณคาร์บอน สำหรับเหล็กสเตนเลสที่มีองค์ประกอบคงตัว ปริมาณคาร์บอนไม่ควรเกิน 0.06%

ข. ใช้ขั้นตอนการเชื่อมที่เหมาะสม เลือกอินพุตความร้อนในการเชื่อมที่ต่ำกว่าเพื่อลดเวลาคงอยู่ของโซนร้อนเกินไปที่อุณหภูมิสูง และระวังเพื่อหลีกเลี่ยง "ความไวต่ออุณหภูมิระดับกลาง-" ในระหว่างการเชื่อม

สำหรับการเชื่อมสอง- ควรวางเม็ดเชื่อมที่สัมผัสกับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไว้เป็นลำดับสุดท้าย (นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงทำการเชื่อมภายในหลังจากการเชื่อมภายนอกสำหรับท่อเชื่อมที่มีผนังหนา-เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่-) หากไม่สามารถทำได้ ควรปรับพารามิเตอร์การเชื่อมและรูปทรงของการเชื่อมเพื่อลดความไวต่อความร้อนของโซนที่มีความร้อนสูงเกินไปที่จะสัมผัสกับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ค. หลัง-การรักษาความร้อนจากการเชื่อม ดำเนินการบำบัดสารละลายหรือรักษาเสถียรภาพหลังการเชื่อม

ภาพ

02
การกัดกร่อนจากความเครียด

สามารถใช้มาตรการต่อไปนี้เพื่อป้องกันการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น:

ก. การเลือกวัสดุที่ถูกต้องและการปรับองค์ประกอบการเชื่อมให้เหมาะสม เหล็กสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีความบริสุทธิ์-สูง- เหล็กสเตนเลสออสเทนนิติก-ซิลิกอนสูง-เหล็กสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีความบริสุทธิ์สูง- เหล็กสเตนเลสออสเทนนิติกเฟอร์ริติก- และสเตนเลสโครเมียมเฟอร์ริติกสูง- มีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้นได้ดี โลหะเชื่อมที่มีโครงสร้างดูเพล็กซ์ออสเทนไนต์-เฟอร์ไรต์ยังให้ความต้านทานที่ดีอีกด้วย

ข. กำจัดหรือลดความเครียดที่ตกค้าง ดำเนินการ-บรรเทาความเค้นในการเชื่อม-ด้วยความร้อน และใช้วิธีการทางกล เช่น การขัดเงา การขัดผิวด้วยการฉีด และการขัดผิว (การตอก) เพื่อลดความเค้นตกค้างที่พื้นผิว

ค. การออกแบบโครงสร้างที่สมเหตุสมผลเพื่อหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเครียดที่มีนัยสำคัญ

ภาพ
03
การเชื่อมรอยแตกที่ร้อน (รอยแตกเชื่อมที่แข็งตัว รอยแตกที่เกิดจากความร้อน-บริเวณที่ทำให้เกิดของเหลว)

ความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อนขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างจุลภาค และคุณสมบัติของวัสดุเป็นหลัก นิกเกิล (Ni) ก่อตัวเป็นสารประกอบหรือยูเทคติกที่มีจุดหลอมเหลว-ต่ำ-ได้อย่างง่ายดายพร้อมสิ่งเจือปน เช่น ซัลเฟอร์ (S) และฟอสฟอรัส (P); การแยกองค์ประกอบเช่นโบรอน (B) และซิลิคอน (Si) ยังช่วยให้เกิดการแตกร้าวจากความร้อนอีกด้วย

ตะเข็บเชื่อมมีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างเกรนเรียงเป็นแนวหยาบและมีทิศทางที่ชัดเจน ซึ่งเอื้อต่อการแยกสิ่งสกปรกและองค์ประกอบที่เป็นอันตราย สิ่งนี้ส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์มของเหลวตามขอบเกรนอย่างต่อเนื่อง จึงเพิ่มความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อน การให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ-ระหว่างการเชื่อมสามารถทำให้เกิดความเค้นดึงได้อย่างมาก ซึ่งส่งเสริมให้เกิดรอยแตกร้าวที่ร้อนอีกด้วย

มาตรการป้องกัน:

ก. ควบคุมเนื้อหาของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย เช่น S และ P อย่างเคร่งครัด

ข. ปรับโครงสร้างจุลภาคของโลหะเชื่อม การเชื่อมด้วยโครงสร้างจุลภาคดูเพล็กซ์ (สอง- เฟส) มีความต้านทานการแตกร้าวได้ดี เฟสเดลต้า (δ) ในแนวเชื่อมช่วยขัดเกลาเกรน กำจัดทิศทางของออสเทนไนต์เฟสเดียว- และลดการแยกตัวของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่ขอบเขตเกรน นอกจากนี้ เฟส δ ยังสามารถละลาย S และ P ในปริมาณที่มากขึ้น และลดพลังงานการแทรกซึมของผิวหน้า ซึ่งจะช่วยยับยั้งการก่อตัวของฟิล์มของเหลวตามขอบเกรน

ค. ปรับส่วนผสมโลหะผสมของโลหะเชื่อม การเพิ่มปริมาณ Mn, C และ N อย่างเหมาะสมในเหล็กกล้าออสเทนนิติกเฟสเดียว-อย่างเหมาะสม และการเติมธาตุรอง เช่น ซีเรียม (Ce) เซอร์โคเนียม (Zr) หรือแทนทาลัม (Ta)- ซึ่งปรับแต่งโครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อมและทำให้ขอบเขตของเกรนบริสุทธิ์-สามารถลดความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อนได้

ง. มาตรการกระบวนการ ลดความร้อนสูงเกินไปของสระเชื่อมเพื่อป้องกันการก่อตัวของเมล็ดเสาหยาบ ใช้ความร้อนต่ำ (พลังงานเชิงเส้นต่ำ) และเม็ดเชื่อมหน้าตัด-ขนาดเล็ก

ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าออสเทนนิติก 25-20 ชนิดมีแนวโน้มที่จะแตกตัวเป็นของเหลว มาตรการในการบรรเทาสิ่งนี้ ได้แก่ การจำกัดปริมาณสิ่งเจือปนและขนาดเกรนในโลหะฐานอย่างเคร่งครัด การใช้วิธีเชื่อมที่มีพลังงานความหนาแน่นสูง- การใช้ความร้อนต่ำ และการเพิ่มอัตราการเย็นตัวของข้อต่อ ภาพ

04
การเปราะของรอยเชื่อม

สำหรับเหล็กทนความร้อน- ต้องมั่นใจในความเหนียวของรอยเชื่อมเพื่อป้องกันการเปราะที่อุณหภูมิสูง- สำหรับเหล็กที่มีอุณหภูมิต่ำ- จำเป็นต้องมีความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำ-ที่ดีเพื่อป้องกันการแตกหักของรอยเชื่อมที่อุณหภูมิต่ำ

ภาพ

05
การเสียรูปการเชื่อมที่สำคัญ

เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง ความผิดปกติของการเชื่อมจึงมีนัยสำคัญ อุปกรณ์ติดตั้งสามารถใช้เพื่อป้องกันสิ่งนี้ได้ การเลือกวิธีการเชื่อมและวัสดุสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก:

การเชื่อมสเตนเลสออสเตนิติกสามารถเชื่อมได้โดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น การเชื่อมทังสเตนก๊าซเฉื่อย (TIG) การเชื่อมโลหะด้วยก๊าซเฉื่อย (MIG) การเชื่อมอาร์กด้วยพลาสมา (PAW) และการเชื่อมอาร์กใต้น้ำ (SAW)

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีจุดหลอมเหลวต่ำ ค่าการนำความร้อนต่ำ และมีความต้านทานไฟฟ้าสูง ดังนั้นจึงใช้กระแสเชื่อมที่ต่ำกว่า ควรใช้ตะเข็บเชื่อมแคบและเม็ดบีดเชื่อมแคบเพื่อลด-เวลาคงตัวที่อุณหภูมิสูง ป้องกันการตกตะกอนของคาร์ไบด์ ลดความเครียดจากการหดตัวของรอยเชื่อม และลดความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อน

องค์ประกอบของวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อม-โดยเฉพาะองค์ประกอบผสมเช่น Cr และ Ni- ควรสูงกว่าโลหะฐาน วัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมที่มีเฟอร์ไรต์ในปริมาณเล็กน้อย (4%–12%) ถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้านทานการแตกร้าวที่ดี (ต่อการแตกร้าวจากความเย็น การแตกร้าวจากความร้อน และการกัดกร่อนจากความเค้น) ในตะเข็บเชื่อม

เมื่อห้ามมีเฟสเฟอร์ไรต์ในตะเข็บเชื่อมหรือเป็นไปไม่ได้ ควรเลือกวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมที่มีองค์ประกอบผสม เช่น Mo และ Mn

ควรรักษาระดับ C, S, P, Si และ Nb ในวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่ Nb สามารถทำให้เกิดการแข็งตัวแตกร้าวในตะเข็บเชื่อมออสเทนนิติกทั้งหมด การมีเฟอร์ไรต์จำนวนเล็กน้อยในตะเข็บเชื่อมสามารถป้องกันสิ่งนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โดยทั่วไป วัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมที่มี Nb จะถูกเลือกสำหรับโครงสร้างการเชื่อมที่ต้องการ-การรักษาเสถียรภาพของการเชื่อมหรือการรักษาความเค้น- การเชื่อมอาร์กแบบจุ่มใช้สำหรับแผ่นที่มีความหนาปานกลาง- การสูญเสีย-การเผาไหม้ของ Cr และ Ni สามารถชดเชยได้โดยการถ่ายโอนองค์ประกอบอัลลอยด์จากฟลักซ์และลวดเชื่อม

เนื่องจากมีการเจาะลึก จึงต้องระมัดระวังเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากความร้อนที่กึ่งกลางของรอยเชื่อม และเพื่อหลีกเลี่ยงการลดความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณที่ได้รับความร้อน (HAZ){0}} ควรให้ความสนใจกับการเลือกลวดเชื่อมที่บางกว่าและการป้อนความร้อนที่ต่ำกว่า ลวดเชื่อมควรมีปริมาณ Si, S และ P ต่ำ

ปริมาณเฟอร์ไรท์ในตะเข็บเชื่อมสแตนเลสทนความร้อน-ไม่ควรเกิน 5% สำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีปริมาณ Cr และ Ni เกิน 20% ควรใช้ลวดเชื่อมแมงกานีสสูง (6%–8%) และฟลักซ์พื้นฐานหรือเป็นกลาง ซึ่งจะช่วยป้องกันปิ๊กอัพซิลิคอนในการเชื่อมและเพิ่มความต้านทานการแตกร้าว

ฟลักซ์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกส่งผลให้มีการดึงซิลิคอนน้อยที่สุด และสามารถถ่ายโอนองค์ประกอบอัลลอยด์เข้าไปในการเชื่อมเพื่อชดเชยการสูญเสียจากการเผาไหม้- ดังนั้นจึงเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับคุณสมบัติการเชื่อมและองค์ประกอบทางเคมี