วิธีการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกและเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์

1. เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกและ เพล็กซ์สแตนเลส?

โครงสร้างจุลภาคเป็นแบบมาร์เทนซิติกที่อุณหภูมิห้อง และสามารถปรับคุณสมบัติเชิงกลได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อน ในแง่ของคนธรรมดามันเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดหนึ่งที่ชุบแข็งได้ เกรดเหล็กที่เป็นของเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก ได้แก่ 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18, 9Cr18MoV เป็นต้น

2. วิธีการเชื่อมที่ใช้กันทั่วไป

เหล็กกล้าไร้สนิม Martensitic สามารถเชื่อมได้ด้วยวิธีการเชื่อมอาร์คต่างๆ ในปัจจุบัน การเชื่อมอาร์คด้วยอิเล็กโทรดยังคงเป็นวิธีการหลัก แต่การใช้การเชื่อมแบบป้องกันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือการเชื่อมแบบผสมอาร์กอนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แบบผสมสามารถลดปริมาณไฮโดรเจนในแนวเชื่อมได้อย่างมาก จึงช่วยลดความไวของรอยเชื่อมถึง แคร็กเย็น

3. วัสดุเชื่อมทั่วไป

(1) อิเล็กโทรดและลวดเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก Cr13

โดยปกติแล้ว เมื่อรอยเชื่อมมีความต้องการความแข็งแรงสูง การใช้อิเล็กโทรดและลวดเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก Cr13 สามารถทำให้องค์ประกอบทางเคมีของโลหะเชื่อมคล้ายกับของโลหะฐาน แต่แนวเชื่อมมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยร้าวเย็นมากกว่า

ข้อควรระวัง:

ก. จำเป็นต้องอุ่นก่อนเชื่อม และอุณหภูมิอุ่นไม่ควรเกิน 450°C เพื่อป้องกันการเปราะที่ 475°C หลังจากการเชื่อมจะดำเนินการรักษาความร้อน การรักษาความร้อนหลังการเชื่อมคือการทำให้เย็นลงถึง 150-200 ° C ทำให้อุ่นเป็นเวลา 2 ชั่วโมงเพื่อให้ทุกส่วนของออสเทนไนท์เปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์ จากนั้นจึงทำการอบด้วยอุณหภูมิสูงทันทีโดยให้ความร้อนถึง 730-790 ° C จากนั้นเวลาจับยึดคือทุก ๆ ความหนาของแผ่น 1 มม. คือ 10 นาที แต่ไม่น้อยกว่า 2 ชม. และระบายความร้อนด้วยอากาศในที่สุด

ข. เพื่อป้องกันการแตกร้าว เนื้อหาของ S และ P ในอิเล็กโทรดและสายไฟควรน้อยกว่า 0.015% และเนื้อหาของ Si ไม่ควรมากกว่า 0.3% การเพิ่มขึ้นของปริมาณ Si ส่งเสริมการก่อตัวของเฟอร์ไรต์หลักที่หยาบ ส่งผลให้ความเป็นพลาสติกของข้อต่อลดลง ปริมาณคาร์บอนโดยทั่วไปควรต่ำกว่าโลหะพื้นฐาน ซึ่งสามารถลดความสามารถในการชุบแข็งได้

(2) อิเล็กโทรดและลวดเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก Cr-Ni

โลหะเชื่อมชนิดเหล็กกล้าออสเทนนิติก Cr-Ni มีคุณสมบัติเป็นพลาสติกที่ดี ซึ่งสามารถบรรเทาความเครียดที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูปของมาร์เทนซิติกในบริเวณที่ได้รับความร้อน นอกจากนี้ รอยเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก Cr-Ni มีความสามารถในการละลายไฮโดรเจนสูง ซึ่งสามารถลดการแพร่กระจายของไฮโดรเจนจากโลหะเชื่อมไปยังบริเวณที่ได้รับความร้อน และป้องกันการแตกร้าวเมื่อเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องอุ่นล่วงหน้า อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงของรอยเชื่อมต่ำและไม่สามารถปรับปรุงได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม

4. ปัญหาการเชื่อมทั่วไป

(1) การเชื่อมรอยร้าวเย็น

เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกมีปริมาณโครเมียมสูง ความสามารถในการชุบแข็งจึงดีขึ้นอย่างมาก โดยไม่คำนึงถึงสภาพดั้งเดิมก่อนการเชื่อม การเชื่อมจะสร้างโครงสร้างมาร์เทนไซต์ในบริเวณใกล้กับรอยต่อเสมอ เมื่อแนวโน้มการชุบแข็งเพิ่มขึ้น ข้อต่อจะไวต่อการแตกร้าวด้วยความเย็นมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีไฮโดรเจน และเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกจะทำให้เกิดการแตกร้าวล่าช้าที่เกิดจากไฮโดรเจนที่เป็นอันตรายมากขึ้น

วัด:

1) อัตราการเย็นตัวสามารถลดลงได้โดยใช้กระแสเชื่อมที่มีพลังงานเส้นขนาดใหญ่และกระแสเชื่อมขนาดใหญ่

2) สำหรับเหล็กประเภทต่างๆ อุณหภูมิระหว่างชั้นจะแตกต่างกัน โดยทั่วไปไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิอุ่น

3) ค่อยๆ เย็นลงจนถึง 150-200°C หลังจากการเชื่อม และทำการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมเพื่อกำจัดความเครียดที่ตกค้างในการเชื่อม กำจัดไฮโดรเจนที่กระจายตัวในข้อต่อ และปรับปรุงโครงสร้างและประสิทธิภาพของข้อต่อ

(2) การแตกตัวของโซนที่ได้รับความร้อน

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกที่มีองค์ประกอบการขึ้นรูปเฟอร์ไรต์สูงกว่า มีแนวโน้มที่เมล็ดข้าวจะเติบโตมากขึ้น เมื่ออัตราการเย็นตัวลงต่ำ เฟอร์ไรต์หยาบและคาร์ไบด์จะเกิดขึ้นได้ง่ายในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจากการเชื่อม เมื่ออัตราการเย็นตัวสูง โซนที่ได้รับความร้อนจะแข็งตัวและก่อตัวเป็นมาร์เทนไซท์เนื้อหยาบ โครงสร้างที่หยาบเหล่านี้ช่วยลดความเป็นพลาสติกและความเหนียวของพื้นที่เชื่อมที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกและทำให้เกิดการเปราะ

วัด:

1) ควบคุมอัตราการทำความเย็นที่เหมาะสม

2) เลือกอุณหภูมิอุ่นที่เหมาะสม และอุณหภูมิอุ่นไม่ควรเกิน 450°C มิฉะนั้น ข้อต่ออาจเปราะที่อุณหภูมิ 475°C หากสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน

3) การเลือกวัสดุเชื่อมที่เหมาะสมเพื่อปรับองค์ประกอบของรอยเชื่อมเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดเฟอร์ไรต์หยาบในแนวเชื่อมให้มากที่สุด

5. กระบวนการเชื่อม

1) อุ่นเครื่องก่อนเชื่อม

การอุ่นก่อนการเชื่อมเป็นมาตรการทางเทคโนโลยีหลักในการป้องกันรอยแตกเย็น เมื่อสัดส่วนมวลของ C เท่ากับ 0.1%~0.2% อุณหภูมิอุ่นก่อนคือ 200~260°C และสามารถอุ่นได้ที่ 400~450°C สำหรับการเชื่อมที่มีความแข็งแกร่งสูง

2) การระบายความร้อนหลังการเชื่อม

หลังจากการเชื่อม การเชื่อมไม่ควรถูกทำให้เย็นลงโดยตรงจากอุณหภูมิการเชื่อม เนื่องจากออสเทนไนท์อาจไม่ถูกเปลี่ยนรูปอย่างสมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการเชื่อม หากอุณหภูมิสูงขึ้นและถูกทำให้เย็นลงทันทีหลังการเชื่อม คาร์ไบด์จะตกตะกอนตามขอบเกรนของออสเทนไนต์ และการเปลี่ยนรูปของออสเทนไนท์เป็นเพิร์ลไลต์จะสร้างโครงสร้างที่มีเกรนหยาบซึ่งช่วยลดความเหนียวลงอย่างมาก ดังนั้นควรทำให้รอยเชื่อมเย็นลงก่อนการอบ เพื่อให้ออสเทนไนต์ในบริเวณรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับความร้อนนั้นสลายตัวโดยพื้นฐาน สำหรับรอยเชื่อมที่มีความแข็งแกร่งต่ำ สามารถทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องและอบให้เย็นลงได้ สำหรับการเชื่อมที่มีความหนามาก จำเป็นต้องมีกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้น หลังจากการเชื่อม เย็นถึง 100-150°C อุ่นเป็นเวลา 0.5-1 ชม. แล้วให้ความร้อนอุณหภูมิแบ่งเบาบรรเทา

3) การรักษาความร้อนหลังการเชื่อม

จุดประสงค์คือเพื่อลดความแข็งของรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับความร้อน ปรับปรุงความเป็นพลาสติกและความเหนียว และลดความเครียดตกค้างในการเชื่อมในเวลาเดียวกัน การรักษาความร้อนหลังการเชื่อมแบ่งออกเป็นการแบ่งเบาบรรเทาและการอบอ่อนสมบูรณ์ อุณหภูมิในการอบคือ 650-750°C พักไว้ 1 ชั่วโมง และอากาศเย็น หากจำเป็นต้องกลึงเชื่อมหลังจากการเชื่อม เพื่อให้ได้ความแข็งต่ำที่สุด สามารถใช้การหลอมแบบสมบูรณ์ได้ อุณหภูมิการหลอมอยู่ที่ 830-880°C และการเก็บรักษาความร้อนคือ 2 ชั่วโมง จากนั้นอากาศเย็น

4) การเลือกลวดเชื่อม

อิเล็กโทรดสำหรับการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกแบ่งออกเป็นสองประเภท: อิเล็กโทรดเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมและอิเล็กโทรดเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกโครเมียม-นิกเกิล อิเล็กโทรดเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมที่ใช้กันทั่วไปคือ E1-13-16 (G202) และ E1-13-15 (G207); อิเล็กโทรดสเตนเลสสตีลออสเทนนิติกโครเมียม-นิกเกิลที่ใช้กันทั่วไปคือ E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202), E0-18-12Mo2-15 (A207) ฯลฯ

การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์

1. ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์

ความสามารถในการเชื่อมของ เพล็กซ์สแตนเลส รวมข้อดีของเหล็กกล้าออสเทนนิติกและเหล็กกล้าเฟอริติก และลดข้อบกพร่องตามลำดับ

(1) ความไวต่อการแตกร้าวที่ร้อนนั้นน้อยกว่าเหล็กกล้าออสเทนนิติกมาก

(2) ความไวต่อรอยแตกเย็นนั้นน้อยกว่าเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงผสมต่ำทั่วไปมาก

(3) หลังจากโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเย็นลง เฟอร์ไรต์จะยังคงอยู่มากขึ้นเสมอ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มแนวโน้มการกัดกร่อนและความไวต่อการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน (ความเปราะบาง)

(4) รอยเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์อาจทำให้เกิดการเปราะของเฟส δ เฟส δ เป็นสารประกอบระหว่างโลหะของ Cr และ Fe อุณหภูมิการก่อตัวอยู่ระหว่าง 600 ถึง 1000 ° C เหล็กกล้าประเภทต่าง ๆ มีอุณหภูมิต่างกันสำหรับการขึ้นรูปเฟส δ

(5) เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ประกอบด้วยเฟอร์ไรต์ 50% ซึ่งมีความเปราะที่อุณหภูมิ 475°C แต่ไม่ไวเท่าเหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติก

2. การเลือกวิธีการเชื่อม

การเชื่อม TIG เป็นทางเลือกแรกสำหรับ การเชื่อมเหล็กสองหน้าตามด้วยการเชื่อมอาร์คด้วยอิเล็กโทรด เมื่อใช้การเชื่อมอาร์คใต้น้ำ ควรควบคุมความร้อนเข้าและอุณหภูมิระหว่างชั้นอย่างเข้มงวด และควรหลีกเลี่ยงอัตราการเจือจางที่มาก

หมายเหตุ:

เมื่อใช้การเชื่อม TIG แนะนำให้เติมไนโตรเจน 1-2% ลงในก๊าซป้องกัน (หาก N เกิน 2% จะเพิ่มแนวโน้มของรูพรุนและส่วนโค้งจะไม่เสถียร) เพื่อให้โลหะเชื่อมดูดซับไนโตรเจน (เพื่อป้องกัน พื้นที่ผิวของรอยเชื่อมจากการสูญเสียไนโตรเจนแบบกระจาย) ซึ่งเอื้อต่อการทำให้เฟสออสเทนไนท์คงที่ในรอยเชื่อม

3. การเลือกวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อม

วัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมที่มีองค์ประกอบขึ้นรูปออสเทนไนต์สูงกว่า (Ni, N ฯลฯ) ได้รับการคัดเลือกเพื่อส่งเสริมการเปลี่ยนเฟอร์ไรต์เป็นออสเทนไนต์ในแนวเชื่อม

เหล็กกล้า 2205 ส่วนใหญ่ใช้ลวดเชื่อมหรือลวดเชื่อม 22.8.3L และเหล็กกล้า 2507 ส่วนใหญ่ใช้ลวดเชื่อม 25.10.4L หรือลวดเชื่อม 25.10.4R

4. จุดเชื่อม

(1) การควบคุมกระบวนการความร้อนในการเชื่อม พลังงานความร้อนในการเชื่อม อุณหภูมิระหว่างชั้น การอุ่น และความหนาของวัสดุ ทั้งหมดจะส่งผลต่ออัตราการเย็นตัวระหว่างการเชื่อม ซึ่งส่งผลต่อโครงสร้างและประสิทธิภาพของรอยเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน เพื่อให้ได้คุณสมบัติของโลหะเชื่อมที่ดีที่สุด ขอแนะนำให้ควบคุมอุณหภูมิระหว่างทางสูงสุดที่ 100°C เมื่อต้องมีการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม อุณหภูมิระหว่างทางอาจไม่จำกัด

(2) การรักษาความร้อนหลังการเชื่อม ไม่ควรทำ เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์รักษาความร้อน หลังจากเชื่อม เมื่อต้องมีการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม วิธีการอบชุบด้วยความร้อนที่ใช้คือการดับด้วยน้ำ ในระหว่างการอบชุบ การให้ความร้อนควรเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และเวลาพักที่อุณหภูมิอบชุบคือ 5 ถึง 30 นาที ซึ่งควรจะเพียงพอที่จะคืนความสมดุลของเฟส ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของโลหะนั้นรุนแรงมากในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน และควรพิจารณาถึงการป้องกันก๊าซเฉื่อย