ความลับในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกที่คุณต้องรู้

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกโดยทั่วไปจะมีโครงสร้างจุลภาคประกอบด้วยออสเทนไนต์บริสุทธิ์ที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม บางชนิดมีเฟอร์ไรต์ในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งช่วยป้องกันการแตกร้าวจากความร้อน เนื่องจากความสามารถในการเชื่อมได้ดีเยี่ยม สเตนเลสออสเทนนิติกจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การแปรรูปทางเคมี และการผลิตภาชนะรับความดันสำหรับภาคปิโตรเลียม อย่างไรก็ตาม หากดำเนินการเชื่อมไม่ถูกต้อง สเตนเลสออสเทนนิติกจะเสี่ยงต่อปัญหาต่างๆ ได้ง่าย รวมถึงการกัดกร่อนตามขอบเกรน การแตกร้าวจากความร้อน การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น และการก่อตัวของเม็ดบีดเชื่อมที่ไม่ดี

I. การกัดกร่อนตามขอบเกรน

ก. สาเหตุของการกัดกร่อนตามขอบเกรน

การกัดกร่อนตามขอบเกรนเกิดขึ้นที่ขอบเขตของเกรน ดังนั้นจึงเรียกว่าการกัดกร่อนตามขอบเกรน มันแสดงถึงรูปแบบการย่อยสลายที่อันตรายที่สุดรูปแบบหนึ่งสำหรับสเตนเลสออสเทนนิติก โดดเด่นด้วยการกัดกร่อนที่แทรกซึมลึกเข้าไปในโลหะตามแนวขอบเขตของเกรน ส่งผลให้ทั้งคุณสมบัติทางกลและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะลดลง

เมื่อสเตนเลสออสเทนนิติกถูกเก็บไว้ในช่วงอุณหภูมิ 450 องศาถึง 850 องศาในช่วงเวลาหนึ่ง โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr23C6) จะตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรน โครเมียมที่จำเป็นสำหรับการตกตะกอนนี้มาจากชั้นผิวของเมล็ดข้าวเป็นหลัก ถ้าโครเมียมจากด้านในของเมล็ดข้าวไม่สามารถแพร่กระจายออกไปด้านนอกได้เร็วพอที่จะเติมเต็มชั้นผิวเหล่านี้ ปริมาณโครเมียมที่ขอบเขตของเมล็ดข้าว-โดยเฉพาะในชั้นผิวของเมล็ดพืช-จะลดลง ทำให้เกิด "โซนที่โครเมียม-หมดลง" ภายใต้อิทธิพลของตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง โครเมียม-โซนที่หมดสิ้นลงที่ขอบเขตเกรนจะเสี่ยงต่อการถูกโจมตี ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรน สแตนเลสที่ได้รับผลกระทบจากการกัดกร่อนตามขอบเกรนอาจไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงบนพื้นผิว แต่เมื่อเกิดความเครียดก็จะแตกหักไปตามขอบเกรน ส่งผลให้ความแข็งแรงของโครงสร้างสูญเสียไปเกือบหมด

ข. มาตรการป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรน

เลือกอิเล็กโทรดเชื่อมสเตนเลสสตีลที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำเป็นพิเศษ- (C น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.03%) หรืออิเล็กโทรดที่มีองค์ประกอบที่ทำให้เสถียร เช่น ไทเทเนียมหรือไนโอเบียม

ใช้พารามิเตอร์การเชื่อม "ความร้อนต่ำ-" วัตถุประสงค์คือเพื่อลดเวลาแฝงให้เหลือน้อยที่สุดภายในช่วงอุณหภูมิวิกฤต (450 องศา –850 องศา) ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้กระแสเชื่อมต่ำ ความเร็วเคลื่อนที่สูง ความยาวส่วนโค้งสั้น และหลีกเลี่ยงการเคลื่อนไหวตามขวาง อาจใช้วิธีการบังคับทำความเย็น (เช่น การใช้แผ่นรองทองแดงหรือการระบายความร้อนด้วยน้ำ) กับตะเข็บเชื่อมเพื่อเร่งอัตราการทำความเย็นของข้อต่อที่เชื่อม และลดขนาดของ-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ)

ในการเชื่อมหลาย-ผ่าน อุณหภูมิระหว่างเส้นทาง-จะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด เม็ดเชื่อมก่อนหน้าควรปล่อยให้เย็นลงต่ำกว่า 60 องศา ก่อนที่จะฝากรอบถัดไป รอยเชื่อมที่ด้านข้างของส่วนประกอบที่จะสัมผัสกับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนควรเชื่อมเป็นลำดับสุดท้าย ควรทำการบำบัดหลังการเชื่อม- โดยให้ความร้อนชิ้นงานจนถึงอุณหภูมิระหว่าง 1,050 องศา ถึง 1150 องศา ตามด้วยการชุบแข็ง กระบวนการนี้ทำให้ Cr23C6 ตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรนละลายกลับเข้าไปในด้านในของเกรน ดังนั้นจึงช่วยฟื้นฟูโครงสร้างจุลภาคออสเทนนิติกที่สม่ำเสมอ

ครั้งที่สอง แคร็กร้อน

สาเหตุของการแคร็กร้อน

 

ช่วงอุณหภูมิที่สูงระหว่างเส้นของเหลวและโซลิดัส-หมายถึงช่วงอุณหภูมิที่กว้างระหว่างกระบวนการแข็งตัว-นำไปสู่การแยกอย่างรุนแรงของสิ่งเจือปนที่มีจุดหลอมเหลว-จุดหลอมเหลว-ต่ำ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันอยู่ที่ขอบเขตของเมล็ดพืช นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่สูงยังส่งผลให้เกิดความเครียดอย่างมากในระหว่างการทำความเย็นและการหดตัว

มาตรการควบคุมการแคร็กร้อน

ควบคุมโครงสร้างจุลภาคของโลหะเชื่อม ตามหลักการแล้ว โลหะเชื่อมควรมีโครงสร้างดูเพล็กซ์ โดยมีปริมาณเฟอร์ไรท์อยู่ที่หรือต่ำกว่า 3%–5% เนื่องจากเฟอร์ไรต์มีความสามารถในการละลายสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย เช่น ซัลเฟอร์ (S) และฟอสฟอรัส (P) ในปริมาณที่มีนัยสำคัญ ควบคุมองค์ประกอบทางเคมี การลดปริมาณนิกเกิล คาร์บอน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัสในโลหะเชื่อม-ในขณะที่เพิ่มระดับขององค์ประกอบต่างๆ เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม ซิลิคอน และแมงกานีส-สามารถลดการเกิดการแตกร้าวจากความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เลือกประเภทการเคลือบอิเล็กโทรดที่เหมาะสม การใช้อิเล็กโทรดเคลือบชนิด-ไฮโดรเจน-ต่ำช่วยเพิ่มความละเอียดของเกรนในโลหะเชื่อม ลดการแยกตัวของสิ่งเจือปน และเพิ่มความต้านทานการแตกร้าว ในทางกลับกัน อิเล็กโทรดเคลือบที่เป็นกรด-จะมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์อย่างแรง ทำให้เกิดการเผาไหม้- อย่างมากในองค์ประกอบอัลลอยด์ และส่งผลให้ความต้านทานการแตกร้าวลดลง ยิ่งไปกว่านั้น ยังส่งผลให้เกิดโครงสร้างเกรนหยาบ- ทำให้การเชื่อมมีความอ่อนไหวต่อการแตกร้าวจากความร้อนสูง ใช้พารามิเตอร์การเชื่อมและอัตราการทำความเย็นที่เหมาะสม ใช้พารามิเตอร์การเชื่อม "เย็น"-โดยเฉพาะ กระแสต่ำและความเร็วเคลื่อนที่สูง- เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปของสระเชื่อมและช่วยให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้จะช่วยลดการแยกตัวและปรับปรุงความต้านทานการแตกร้าว ในการเชื่อมหลาย- ให้ควบคุมอุณหภูมิระหว่างการเชื่อมอย่างเคร่งครัด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขอบเชื่อมก่อนหน้าเย็นลงถึง 60 องศา ก่อนที่จะวางขอบเชื่อมถัดไป

ที่สาม การกัดกร่อนจากความเครียด

สาเหตุของการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด

 

การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) เป็นปรากฏการณ์ของการแตกร้าวล่าช้าซึ่งเกิดขึ้นในข้อต่อที่เชื่อมเมื่อได้รับความเค้นดึงภายในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเฉพาะ ในข้อต่อเชื่อมสเตนเลสออสเทนนิติก SCC แสดงถึงรูปแบบความล้มเหลวที่รุนแรงเป็นพิเศษ โดยปรากฏเป็นการแตกหักแบบเปราะโดยไม่มีการเสียรูปพลาสติกขนาดมหึมา

 

มาตรการต่อต้านการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด

 

กำหนดขั้นตอนการขึ้นรูป การประมวลผล และการประกอบที่เหมาะสมเพื่อลด-การระบายความร้อนที่เกิดจากการเสียรูปให้มากที่สุด หลีกเลี่ยงการบังคับชุมนุม และป้องกันการเกิดข้อบกพร่องที่พื้นผิวต่างๆ ในระหว่างกระบวนการประกอบ (เนื่องจากรอยขีดข่วนและส่วนโค้งที่เกี่ยวข้องกับการประกอบต่างๆ สามารถทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าวสำหรับ SCC และมีแนวโน้มที่จะพัฒนาเป็นหลุมกัดกร่อน) เลือกวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมอย่างรอบคอบ โลหะเชื่อมและโลหะฐานควรเข้ากันได้-อย่างดีเพื่อป้องกันการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคที่ไม่พึงประสงค์- เช่น การทำให้เกรนหยาบหรือมาร์เทนไซต์แข็งและเปราะ ใช้กระบวนการเชื่อมที่เหมาะสม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเม็ดเชื่อมมีสัณฐานวิทยาที่ดี ปราศจากข้อบกพร่องที่อาจกระตุ้นให้เกิดความเข้มข้นของความเครียดหรือการเป็นรูพรุน (เช่น การตัดด้านล่าง) นอกจากนี้ ให้ใช้ลำดับการเชื่อมอย่างมีเหตุผลเพื่อลดความเค้นในการเชื่อมที่ตกค้าง ใช้การบำบัดความเครียด{11}} โดยทั่วไปแล้วจะเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนหลังการเชื่อม- เช่น การอบอ่อนหรือการอบอ่อน ในกรณีที่การบำบัดความร้อนทำได้ยาก อาจใช้วิธีการอื่น-เช่น-การขัดผิวด้วยการเชื่อมหรือการยิงระเบิด-ก็ได้

 

IV. การก่อตัวของลูกปัดเชื่อมไม่ดี

ก. สาเหตุของการก่อตัวของลูกปัดเชื่อมที่ไม่ดี

เมื่อเชื่อมเหล็กสเตนเลสออสเทนนิติก ปริมาณองค์ประกอบอัลลอยด์ภายในเนื้อโลหะเชื่อมที่มีปริมาณมากส่งผลให้แนวเชื่อมมีความลื่นไหลได้ไม่ดี ซึ่งมักนำไปสู่การก่อตัวที่ผิวเม็ดเชื่อมได้ไม่ดี โดยหลักแล้วจะเห็นได้ชัดเจนจากการก่อตัวที่เสื่อมสภาพที่ด้านหลังของรูตพาสและพื้นผิวที่หยาบบนฝาครอบ แม้ว่าผลกระทบของการก่อตัวของพื้นผิวที่ไม่ดีต่อประสิทธิภาพการเชื่อมจะไม่ปรากฏชัดเป็นพิเศษภายใต้สภาวะการทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมหรือสูง- แต่ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ- ความเข้มข้นของความเค้นที่เกิดจากข้อบกพร่องดังกล่าวอาจส่งผลต่อสมรรถนะที่อุณหภูมิต่ำ-ของการเชื่อม เช่นเดียวกับที่มีนัยสำคัญเท่ากับข้อบกพร่องของการเชื่อมภายใน

ข. มาตรการในการสร้างลูกปัดเชื่อมที่ไม่ดี

ปัญหาเกี่ยวกับการก่อตัวของขอบเชื่อมที่ไม่ดี-ตลอดจนปัญหาการกัดกร่อนตามขอบเกรนภายใน-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ)- สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิผลผ่านการปรับปรุงกระบวนการเชื่อมให้เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW) สำหรับการผ่านรูต รวมกับการใช้ความร้อนในการเชื่อมต่ำ ช่วยให้สามารถควบคุมขอบเขตที่ HAZ สัมผัสกับช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอาการแพ้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเคมี อย่างไรก็ตาม การเชื่อมมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องหลักๆ สี่ประเภท-เช่น การกัดกร่อนตามขอบเกรนและการแตกร้าวจากความร้อน- ซึ่งสาเหตุที่แท้จริงส่วนใหญ่เชื่อมโยงกับการควบคุมอุณหภูมิ การแยกองค์ประกอบ และความเค้นตกค้าง ที่ดีที่สุด ปัญหาเหล่านี้เพียงกระทบต่อสัณฐานวิทยาของการเชื่อม อย่างเลวร้ายที่สุด พวกมันลดประสิทธิภาพของวัสดุลงอย่างมากหรือแม้กระทั่งตกตะกอนการแตกหักที่เปราะ ด้วยเหตุนี้ กลยุทธ์การป้องกันและควบคุมที่มีประสิทธิผลจำเป็นต้องมีการจัดการที่ครอบคลุมในหลายขั้นตอน-รวมถึงการเลือกอิเล็กโทรด การปรับพารามิเตอร์การเชื่อมให้เหมาะสม และ-การรักษารอยเชื่อม- โดยมีการควบคุมอินพุตความร้อนที่แม่นยำซึ่งทำหน้าที่เป็นจุดโฟกัสวิกฤต