مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل (Stainless Steel) یکی از مهمترین آلیاژهای مهندسی است که به دلیل مقاومت بینظیر در برابر خوردگی، زیبایی سطح، دوام مکانیکی و قابلیت شکلپذیری، جایگاه ویژهای در صنایع مختلف پیدا کرده است. این آلیاژ در ترکیب خود حاوی حداقل 10.5٪ کروم است که با تشکیل یک لایه نازک اکسید کروم روی سطح فلز، از زنگزدگی و تخریب سطح جلوگیری میکند.
با وجود تمام مزایای فولاد ضد زنگ، جوشکاری آن به دلیل خواص متالورژیکی خاص و رفتار حرارتی پیچیده، نیاز به دانش، مهارت و انتخاب روش مناسب دارد. عدم رعایت اصول صحیح میتواند منجر به ترکهای حرارتی، خوردگی بیندانهای، کاهش مقاومت مکانیکی و افت ظاهر سطح شود.
انواع فولادهای ضد زنگ و اهمیت آن در جوشکاری
انتخاب روش مناسب جوشکاری به نوع فولاد ضد زنگ بستگی دارد. چهار گروه اصلی عبارتاند از:
1- فولادهای ضد زنگ آستنیتی (Austenitic Stainless Steels)
پرکاربردترین گروه فولادهای ضد زنگ مانند ورق استیل 304 و لوله استیل 316 است.
ساختار FCC (مکعبی مرکز وجهی) دارند که باعث انعطافپذیری و شکلپذیری بالا میشود.
در برابر خوردگی مقاوم بوده ولی به دلیل ضریب انبساط حرارتی بالا، در برابر اعوجاج حرارتی حساساند.
در حین جوشکاری، کنترل حرارت ورودی و استفاده از فیلر فلز مناسب اهمیت زیادی دارد.
2- فولادهای ضد زنگ فریتی (Ferritic Stainless Steels)
شامل گریدهایی مانند 409 و 430.
ساختار BCC داشته و نسبت به آستنیتیها ضریب انبساط کمتری دارند.
مقاومت به خوردگی متوسطی دارند و برای کاربردهای تزئینی یا محیطهای کمخورنده استفاده میشوند.
به دلیل تمایل به شکنندگی در دمای پایین، جوشکاری آنها نیازمند پیشگرم و سرد کردن تدریجی است.
3- فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steels)
مانند میلگرد استیل 410 و ورق استیل 420.
سختی و استحکام بالا ولی مقاومت به خوردگی پایینتر از آستنیتیها دارند.
مستعد ترکخوردگی پس از جوشکاری بوده و به عملیات حرارتی مانند تمپرینگ نیازمندند.
4- فولادهای ضد زنگ داپلکس (Duplex Stainless Steels)
ترکیبی از ساختار آستنیتی و فریتی دارند.
فولاد داپلکس مقاومت به خوردگی حفرهای و ترکخوردگی تنشی بالاتری نسبت به آستنیتیها دارند.
کنترل دقیق دما در طول جوشکاری برای حفظ تعادل بین دو فاز ضروری است.
معرفی روشهای جوشکاری فولاد ضد زنگ
عبارتند از:
جوشکاری TIG یا GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)
از الکترود تنگستن غیرمصرفی و گاز محافظ آرگون یا هلیوم استفاده میشود.
مناسب برای ورقهای نازک و قطعاتی است که ظاهر جوش اهمیت بالایی دارد.
مزایا:
- تمیزی سطح و کیفیت بالای جوش.
- کنترل دقیق حرارت و حداقل پاشش.
معایب:
- سرعت پایینتر.
- نیاز به مهارت بالای جوشکار.
جوشکاری MIG یا GMAW (Gas Metal Arc Welding)
در جوشکاری میگ از سیم جوش مصرفی و گاز محافظ آرگون-CO₂ یا مخلوط آرگون-هلیوم استفاده میشود.
مزایا:
سرعت بالاتر نسبت به TIG.
مناسب برای تولید انبوه و قطعات ضخیمتر.
معایب:
احتمال تخلخل و پاشش بیشتر.
جوشکاری دستی قوس الکتریکی یا SMAW
از الکترودهای روکشدار مخصوص فولاد ضد زنگ استفاده میشود.
مزایا:
- تجهیزات ساده و قابل حمل.
- مناسب برای تعمیرات و محیطهای بیرونی.
معایب:
کیفیت سطح پایینتر و نیاز به تمیزکاری سرباره.
جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
مشابه TIG است اما با قوس متمرکزتر و کنترل بهتر.
در صنایع هوافضا و پزشکی کاربرد دارد.
جوشکاری لیزری و پرتو الکترونی
روشهای پیشرفته با دقت و سرعت بسیار بالا.
حداقل ناحیه متاثر از حرارت و اعوجاج.
برای قطعات دقیق در صنایع الکترونیک و پزشکی ایدهآل است.
جوشکاری اصطکاکی و مقاومتی
در تولید انبوه، مانند صنایع خودروسازی، برای قطعات کوچک و نازک کاربرد دارند.
سرعت و بهرهوری بالا و بدون نیاز به فلز پرکننده.
آمادهسازی و نکات فنی جوشکاری فولاد ضد زنگ
شامل مراحل زیر است:
تمیزکاری و آمادهسازی سطح:
روغن، گرد و غبار و اکسیدها باید کاملاً از سطح پاک شوند.
تمیزکاری با استون یا برسهای غیرآهنی توصیه میگردد.
انتخاب سیم جوش مناسب:
فیلر باید ترکیب شیمیایی مشابه یا کمی مقاومتر از فلز پایه داشته باشد.
مثلاً برای فولاد ضد زنگ 304 از سیم جوش 308L استفاده میشود.
محافظت از پشت جوش (Back Purging):
برای جلوگیری از اکسیداسیون ریشه جوش، گاز آرگون از پشت اتصال عبور داده میشود.
کنترل حرارت و سرعت جوشکاری:
دمای بالا منجر به رسوب کاربید کروم و خوردگی بیندانهای میشود.
استفاده از جریان مناسب و سرعت جوشکاری بالا برای کاهش منطقه متاثر از حرارت ضروری است.
خنککاری کنترلشده:
از سرد شدن ناگهانی یا گرم شدن بیش از حد جلوگیری شود تا تنشهای پسماند ایجاد نشود.
مشکلات رایج در جوشکاری استنلس استیل
ترکخوردگی گرم
معمولاً در فولادهای آستنیتی به دلیل ترکیب نامناسب فلز پرکننده یا ورودی حرارت بالا رخ میدهد.
خوردگی بیندانهای
به علت رسوب کاربید کروم در مرزدانهها و تخریب لایه محافظ اکسید کروم.
اعوجاج و تاب برداشتن
ناشی از ضریب انبساط حرارتی بالای فولاد ضد زنگ.
استفاده از بستها و ترتیب جوش مناسب از این مشکل جلوگیری میکند.
تغییر رنگ سطح
لایه اکسید ناشی از گرما ممکن است باعث کاهش مقاومت خوردگی شود و باید با اسیدشویی یا برس زدن حذف گردد.
روشهای بهبود کیفیت جوش
- استفاده از گازهای محافظ خالص مانند آرگون.
- کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری شامل جریان، ولتاژ و سرعت.
- بهکارگیری تکنیکهای پسپرداخت مانند Passivation برای بازگرداندن مقاومت خوردگی.
- استفاده از آزمونهای غیرمخرب مانند تست اولتراسونیک و مایع نافذ برای بررسی سلامت جوش.
- طراحی مناسب اتصال و آمادهسازی صحیح لبهها.
کاربردهای صنعتی جوشکاری فولاد ضد زنگ
صنایع غذایی و دارویی: استفاده در ساخت مخازن، لولهها و تجهیزات بهداشتی به دلیل مقاومت به خوردگی و قابلیت تمیزکاری آسان.
صنایع نفت و گاز و پتروشیمی: خطوط لوله، مخازن تحت فشار و تجهیزات فرآیندی که نیاز به مقاومت بالا در محیطهای خورنده دارند.
خودروسازی و حملونقل: سیستمهای اگزوز، ریلها و قطعات تزئینی.
معماری و سازههای فلزی: ساخت نماهای مدرن، حفاظها و تجهیزات شهری به دلیل زیبایی و دوام.
صنایع انرژی و نیروگاهی: توربینها، بویلرها و تجهیزات تولید انرژی تجدیدپذیر.
نتیجهگیری
جوشکاری فولاد ضد زنگ فرآیندی حساس و پیچیده است که انتخاب روش مناسب، آمادهسازی صحیح، و کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری در آن حیاتی است. آشنایی با انواع فولاد ضد زنگ از جمله آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی و داپلکس و شناخت رفتار حرارتی آنها به انتخاب بهترین روش کمک میکند. روشهایی مانند TIG برای اتصالات دقیق، MIG برای تولید انبوه، و لیزر برای صنایع پیشرفته هر کدام جایگاه خاص خود را دارند.
رعایت نکاتی نظیر محافظت از پشت جوش، انتخاب سیم جوش مناسب، خنککاری کنترلشده و پسپرداخت سطحی، کیفیت و دوام اتصال را به میزان قابل توجهی بهبود میبخشد. این اصول نه تنها از بروز مشکلاتی مانند خوردگی بیندانهای و ترکخوردگی جلوگیری میکنند، بلکه باعث افزایش بهرهوری و کاهش هزینههای تعمیرات میشوند.
