فرآیند جوشکاری و اقدامات احتیاطی از فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205
مشخصات ساختاری: آستنیت و فریت موجود در محلول جامد در گلخانه تقریباً نیمی از هر کدام را تشکیل می دهند و ویژگی های ساختاری دو فازی دارند. تعداد هادی کم، مقاومت در برابر سوراخ شدن، ترک خوردگی و ویژگی های خوردگی تنش کلرید فولاد ضد زنگ فریتی را حفظ می کند. دارای مزایای چقرمگی خوب، دمای انتقال شکننده کم، مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای، خواص مکانیکی خوب و جوش پذیری است.
استحکام تسلیم و مقاومت در برابر خوردگی تنش فولاد ضد زنگ دوبلکس تقریباً دو برابر فولاد زنگ نزن آستنیتی است که می تواند مواد را تحت فشار یکسان ذخیره کند. ضریب انبساط خطی فولاد زنگ نزن آستنیتی کمتر از فولاد زنگ نزن آستنیتی و نزدیک به فولاد زنگ نزن کم کربن است. ایجاد ارتباط مناسب تر بین فولاد ضد زنگ دوبلکس و فولاد کربنی اهمیت مهندسی مهمی دارد. هم آهنگری و هم مهر زنی سرد نسبت به فولاد زنگ نزن آستنیتی پایین تر هستند.
جوش پذیری: فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 جوش پذیری خوبی دارد و در هنگام جوشکاری حساسیت کمی به ترک های سرد و گرم دارد. معمولاً قبل از جوشکاری هیچ پیش گرمایی و بعد از جوشکاری عملیات حرارتی وجود ندارد. به دلیل محتوای نیتروژن بالا، تمایل فریت تک فاز در ناحیه متاثر از گرما کم است. زمانی که مواد جوشکاری به درستی انتخاب شوند و انرژی خط جوش در این زمان کنترل شود، عملکرد کلی خوبی دارد.
ترک داغ: حساسیت به ترک داغ بسیار کمتر از فولاد زنگ نزن آستنیتی است. این به این دلیل است که محتوای نیکل زیاد نیست، ناخالصی هایی که به راحتی یوتکتیک با نقطه ذوب پایین ایجاد می کنند بسیار کم هستند و لایه مایع با نقطه ذوب پایین به راحتی تشکیل نمی شود. علاوه بر این، خطر رشد سریع دانه ها در دماهای بالا وجود ندارد.
شکنندگی ناحیه متاثر از حرارت: مشکل اصلی جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس جوش نیست، بلکه ناحیه متاثر از حرارت است. از آنجایی که منطقه متاثر از گرما تحت تأثیر چرخههای حرارتی جوشکاری در حالت سرد شدن سریع غیرتعادلی قرار دارد، همیشه فریت بیشتری پس از خنکسازی حفظ میشود، که باعث افزایش تمایل به خوردگی و حساسیت به ترک (شکنندگی) ناشی از هیدروژن میشود.
متالورژی جوشکاری: در طول فرآیند جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس، یک سری تغییرات در ریزساختار فلز جوش و ناحیه متاثر از حرارت تحت عمل چرخه های حرارتی رخ می دهد. در دماهای بالا، ساختار متالوگرافی فولاد ضد زنگ دوبلکس فریت است و آستنیت در طول خنک شدن رسوب می کند. میزان بارش آستنیت تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارد.
خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی اتصالات جوشی فولاد ضد زنگ دوبلکس به این بستگی دارد که آیا می توان نسبت اتصال جوشی مناسب را حفظ کرد یا خیر. بنابراین، جوشکاری حول چگونگی اطمینان از ساختار دو طرفه می چرخد. زمانی که میزان فریت و آستنیت نزدیک به 50 درصد باشد، عملکرد خوب و خواص مواد پایه نزدیک به یکدیگر است. تغییر این رابطه باعث کاهش مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی اتصالات جوشی فولاد ضد زنگ دوبلکس می شود. میزان فریت بهینه فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 45 درصد است. هنگامی که محتوای فریت کمتر از 25٪ باشد، قدرت و توانایی ترک خوردگی در برابر خوردگی تنش کاهش می یابد. محتوای فریت بیش از 75 درصد نیز بر مقاومت خوردگی تأثیر می گذارد و چقرمگی ضربه را کاهش می دهد. .
عوامل مقایسه: تعادل فریت و آستنیت در اتصالات جوش داده شده نه تنها تحت تأثیر محتوای عناصر آلیاژی در فولاد است، بلکه تحت تأثیر فلز پرکننده، چرخه حرارتی جوش و گاز محافظ نیز قرار میگیرد.
تأثیر عناصر آلیاژی: با توجه به تحقیقات و تعداد زیادی آزمایش، مشخص شد که نیتروژن، ماده پایه، بسیار مهم است. نیتروژن نقش مهمی در اطمینان از تشکیل آستنیت کافی در فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت پس از جوشکاری دارد. نیتروژن (مانند نیکل) مقادیر آستنیتی را تشکیل می دهد و عناصر آستنیتی را منبسط می کند، اما توانایی نیتروژن نیز بیشتر از نیکل است که می تواند از ظهور تک فازها پس از جوشکاری جلوگیری کرده و از رسوب فازهای مضر فلزی جلوگیری کند. به دلیل تأثیر چرخه حرارتی جوشکاری، هنگامی که ترکیب جوشکاری خودزا یا فلز پرکننده با فلز پایه یکسان است، محتوای فریت فلز جوش به شدت افزایش مییابد و حتی ساختار فریت خالص ظاهر میشود. به منظور سرکوب افزایش بیش از حد فریت در جوش، فلز جوش با آستنیت اصلی تمایل جوش فولاد ضد زنگ دوبلکس است. معمولاً دو روش اضافه کردن نیکل یا نیتروژن به مواد جوشکاری است. به طور معمول، محتوای نیکل 2٪ تا 4٪ بیشتر از فلز پایه است، برای مثال، فلز پرکننده 2205 دارای محتوای نیکل تا 8٪ تا 10٪ است. نسبت لحیم کاری حاوی نیتروژن تنها می تواند اثر لحیم کاری نیکل را بهبود بخشد، اما افزودن نیتروژن نه تنها می تواند بارش بین فلزات را به تاخیر بیاندازد، بلکه استحکام و مقاومت در برابر خوردگی فلز جوش را نیز بهبود می بخشد. در حال حاضر، مواد پرکننده معمولاً مبتنی بر افزودن نیکل و سپس افزودن نیتروژن با همان مقدار فلز پایه است.
برای فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205، سیم جوش Sandvik 22.8.3L (ER2209) برای جوشکاری TIG و از میله جوش اوستا 2205AC/DC برای جوشکاری TIG برای برآوردن نیازهای مواد جوش استفاده می شود. این ویژگی های فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 و مواد جوشکاری روی عناصر آلیاژی محدوده خاصی را برای انتخاب پارامترهای فرآیند جوشکاری فراهم می کند، یعنی انرژی خط جوشکاری که برای جوشکاری بسیار مفید است.
چرخه حرارتی: بزرگترین ویژگی جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس این است که چرخه حرارت جوشکاری بر ساختار اتصال جوشکاری شده تأثیر می گذارد. چه درز جوش باشد و چه منطقه ستاره فیلم داغ، تغییر فاز رخ می دهد که تأثیر زیادی بر عملکرد اتصال جوش داده شده دارد. بنابراین، جوشکاری چند لایه و چند پاس مفید است. جوش های بعدی اثر عملیات حرارتی بر روی جوش قبلی دارند. فریت در فلز جوش بیشتر به آستنیت تبدیل میشود و آستنیت در ناحیه متاثر از گرما در مجاورت جوش نیز افزایش مییابد. مرزها، در نتیجه به طور قابل توجهی ساختار و عملکرد کل اتصال جوش داده شده را بهبود می بخشد. با توجه به تأثیر چرخه حرارتی جوشکاری، مهره های جوش در تماس با محیط باید با فولاد ضد زنگ دوبلکس جوش داده شوند، که برخلاف الزامات توالی جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی است.
تأثیر پارامترهای فرآیند: تعداد فرآیندهای جوشکاری، یعنی انرژی خط جوشکاری نیز در تعادل ریزساختار دو فاز نقش اساسی دارد. از آنجایی که فولاد ضد زنگ دوبلکس در دماهای بالا 100% فریت دارد، اگر انرژی خط خیلی کم باشد اگر سرعت خنکسازی منطقه تحت تأثیر گرما خیلی سریع باشد، فریت بیش از حد رسوبشده از آستنیت به وجود خود ادامه خواهد داد. شرایط فوق سرد گلخانه اگر انرژی خط خیلی زیاد باشد و سرعت خنکسازی خیلی کند باشد، اگرچه میتوان آستنیت کافی به دست آورد، همچنین منجر به رشد دانههای فریت در ناحیه متاثر از گرما و رسوب فازهای فلزی مضر برابر با 0 که منجر به شکنندگی مفاصل می شود. . برای جلوگیری از وضعیت فوق، بهترین اقدامات کنترل انرژی جوش و دمای بین پاس و استفاده از فلز پرکننده است.
تاثیر گاز محافظ: در حین جوشکاری قوس تنگستن می توان 2% نیتروژن به گاز آرگون اضافه کرد تا از هدر رفتن نیتروژن در سطح جوش در اثر انتشار جلوگیری شود که برای تعادل بین فریت و آستنیت مفید است.
