انتخاب و استفاده از سیم‌جوش یا فیلر مناسب استیل

روند و شرایط مربوط به انتخاب یک آلیاژ مناسب برای فیلر یا فلز پرکننده در جوشکاری فلزات، شامل مراحلی همچون انطباق با آلیاژ فلز پایه، انتخاب گاز محافظ مناسب و همچنین برآورد مقدار محتوای فریت (ferrite) و کُل حرارت ورودی است. این روند در زمینه انتخاب الکترود استیل نیز صدق می‌کند. شاید به نظر برسد، افرادی که آشنایی کاملی با علوم مواد و متالورژی ندارند، نمی‌توانند نسبت به شناخت و انتخاب بهترین مواد و آلیاژها برای جوشکاری در چنین شرایطی اقدام کنند.

همین امر موجب شده است تا درک موضوع انتخاب الکترود جهت جوشکاری به یک موضوع بسیار مهم تبدیل شود. در این مطلب قصد داریم به نکاتی اشاره کنیم که راهنمای شما در انتخاب الکترود یا فیلر مناسب برای جوشکاری انواع فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل باشد. اهمیت این موضوع ما را بر آن داشت تا در این متن به بحث انتخاب سیم جوش مناسب بپردازیم. درصورتی‌که نیازمند کسب اطاعات بیشتر در زمینه الکترود و فیلر استیل هستید، توصیه می‌کنیم مطالعه ادامه متن را به‌هیچ‌وجه از دست ندهید.

برای جوشکاری استیل باید دانش متالورژیکی خود را افزایش دهید

انواع مختلف الکترود

به‌طورکلی می‌توان گفت انتخاب الکترود استیل شامل بررسی انواع مختلف الکترودها از نظر نوع آلیاژ و ترکیب عناصر آلیاژی آنهاست تا بتوان متناسب با شرایط و گریدی که قرار است جوشکاری شود الکترود یا سیم‌جوش انتخاب کرد. برای مثال، جهت جوشکاری دو گرید 304L و 316L به همدیگر، که هردو از رایج‌ترین آلیاژهای استیل هستند، کاربران باید در بسیاری از مواقع الکترود یا فیلر مورد نظر خود را از بین گزینه‌هایی مانند موارد زیر انتخاب کنند:

• 316L با 19٪ کروم، 12٪ نیکل، 3٪ Mo، 0.4٪ Si: این مورد را می‌توان یک انتخاب عالی دانست؛ اما تشکیل حوضچه جوش نسبتاً کند خواهد بود و جوشکاری را کمی دشوارتر می‌کند.
• 316LSiنیز همان ترکیب گزینه قبلی را دارد؛ اما 0.9% سیلسکون به آن اضافه شده است. همین مقدار سیلیکون، روند موسوم به wettingیا تشکیل حوضچه جوش را بهبود می‌بخشد و جوشکاری را روان‌تر خواهد کرد. این امر به‌خودی‌خود موجب بهبود فرایند جوش می‌شود.
• 309LSi با 24٪ کروم و 13٪ Ni: این گزینه می‌تواند مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی از خود نشان دهد. دلیل آن را می‌توان وجود میزان بیشتری از کروم در ترکیب آن دانست.

عموماً باید از آلیاژ بالاتر نسبت به دو فلز پایه استفاده شود. برای مثال، 308L با 19% کروم، 9% نیکل یا 308LSi با 19٪ کروم، 9٪ نیکل و 0.9٪ سیلیکون گزینه‌های خوبی برای مثال فوق در زمینه انتخاب الکترود استیل به نظر می‌رسند؛ اما به اندازه کافی بهینه نیستند.

انتخاب صحیح انواع سیم جوش استیل در پروژه‌های حساس یک امر حیاتی است. این امر مستلزم شناخت شرایط مختلفی مانند میزان و نوع خورندگی محیط، ‌دما و حتی خواص مکانیکی مورد انتظار است. برای مثال در محیطی با محتوای اسید نیتریک، یک پرکننده یا فیلر 310L (که مولیبدن ندارد) به دلیل حمله انتخابی مولیبدن توسط این اسید خاص، انتخاب بسیار مناسبی نسبت به 316L و یا 310LMo محسوب می‌شود.

هزینه نیز عامل دیگری است که در انتخاب نوع فیلر یا الکترود جو.ش تأثیر می‌گذارد. صنعتگران از 309L برای انواع جوشکاری آلیاژهای فریتی سری 400 استفاده می‌کنند، اما محتوای بالای آلیاژ 309L شامل 24% کروم و 13% نیکل قیمت این فیلر را به نسبت بالا می‌برد. فیلر 307 اصلاح شده با 8% نیکل و 7% منگنز، ممکن است جایگزین کم‌هزینه‌تری باشد، زیرا منگنز قیمت کمتری دارد و به عنوان یک عامل آستنیته‌کننده برای ایجاد یک ریزساختار مناسب و مقاوم در برابر ترک‌خوردگی در فلز جوش عمل می‌کند.

انتخاب یک فیلر یا الکترود مناسب در جوشکاری استیل کاملاً ضروری است.

انتخاب فیلر یا سیم جوش استیل

فیلرهای مناسب برای جوشکاری فولادهای ضد زنگ باتوجه به ریزساختار و ترکیب آن‌ها متفاوت می‌باشند. عدم توجه و دانش فنی در انتخاب فیلرها می‌تواند با کند کردن تشکیل حوضچه جوش یا عوامل کاهش کیفیت جوش، روند جوشکاری را دشوار نماید و با کاهش مقاومت به خوردگی باعث ترک خوردگی جوش شود. انتخاب  فیلر مناسب برای هر نوع فولاد زنگ نزن به ریزساختار، ترکیب عناصر، کاربرد و محیطی که  قطعه در معرض آن قرار خواهد گرفت، بستگی دارد.

همان‌طور که می‌دانید فولادهای ضد زنگ با 5 نوع آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، رسوب سخت شده و داپلکس شناخته می‌شوند. با توجه به خصوصیات متالورژیکی این 5 نوع استنلس استیل می‌توان فیلر مورد نیاز را انتخاب کرد. در ادامه به تشریح این 5 گروه استیل و انتخاب فیلر مناسب برای جوشکاری آلیاژهای مختلف آن‌ها خواهیم پرداخت.

 

1. استنلس استیل‌های آستنیتی

این گروه از استیل‌ها رایج‌ترین گروه فولادهای ضد زنگ و متداول‌ترین آلیاژهای آستنیتی گریدهای 201، 301، 304، 310، 309 و 316 هستند. برای جوشکاری 304 و 201 پیشنهاد می‌شود از فیلر 308 استفاده شود. برای فلز پایه 309، گزینه‌های متعددی از جمله فیلرهای 308، 309 یا 316 وجود دارد. برای فلز  پایه 316، توصیه می‌شود از فیلر 316 استفاده کنید. این دسته از استنلس استیل‌ها قبل و بعد جوش محدودیت عملیات حرارتی مانند آنیلینگ را نداشته و حتی پیشنهاد می‌شود پس از جوشکاری با حجم بالا حتماً آنیل شوند. در صورت انجام عملیات حرارتی پس از جوشکاری، لازم است دقت شود از محدوده دمایی 649 تا 900 درجه سانتی‌گراد سریع عبور کرد، زیرا تشکیل کاربیدها به سرعت در این محدوده اتفاق می‌افتد و باعث تردی، ترک و شکنندگی در محل جوش می‌شود.

جدول انتخاب سیم‌جوش برای فولادهای ضد زنگ آستنیتی:

آلیاژ فلز پایه	آلیاژ فیلر یا سیم جوش پیشنهادی
201, 202, 205	308
301,302,304,304N	308
303	312
304L	308L
308	308
309, 309S	309
310, 310s	310
316, 316N	316
316L	316L
317	317
317L	317L
321	321,347
330	330
347	347
348	347
384	309

 

2. استنلس استیل‌های فریتی

برای جوشکاری گریدهای استیل فریتی مثل 409 و 430 از فیلرهای منطبق با همین گریدها یعنی 409 و 430 استفاده می‌شود. مواد پایه فریتی به دلیل تمایل به تشکیل فازهای ترد عموماً تا دمای 398 درجه سانتی‌گراد پیش گرم می‌شوند. ترک خوردگی انجماد جوش نیز می‌تواند یک مشکل در مواد پایه فریتی باشد، بنابراین استفاده از فیلر با آلیاژهایی حاوی تیتانیوم یا نیوبیم، که به کاهش حساسیت ترک خوردگی انجماد کمک می‌کنند، مهم است.

جدول انتخاب سیم‌جوش برای فولادهای ضد زنگ فریتی:

آلیاژ فلز پایه	آلیاژ فیلر یا سیم جوش پیشنهادی
405, 409	409, 410NiMo
429, 430	430
442	442
446	446

 

3. استنلس استیل‌های مارتنزیتی

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی معمولی مانند 410 و 420 را می‌توان با فیلرهای410 و 420 با مشخصات مشابه فلز پایه، جوشکاری کرد. این آلیاژها همچنین مستعد ترک خوردگی ناشی از هیدروژن هستند. این خطر را می‌توان با کنترل گرمای ورودی از طریق پیش گرم کاهش داد. می‌توان از عملیات حرارتی پس از جوش بر روی این نوع فولادهای زنگ نزن استفاده کرد تا مارتنزیت تشکیل شده را خنثی نمود که بر سختی، استحکام کششی و شکل پذیری جوش تأثیر می‌گذارد.

جدول انتخاب سیم‌جوش برای فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی:

آلیاژ فلز پایه	آلیاژ فیلر یا سیم جوش پیشنهادی
403, 410,414,431	410
416	312
420	410, 410NiMo
440A, 440B, 440C	312

 

4. استنلس استیل‌های رسوب سخت شده

برای جوشکاری این نوع از فولادهای ضد زنگ،  می‌توان از فیلر 17/4PH  یا فیلر 630 استفاده کرد. توصیه می‌شود برای جلوگیری از ترک خوردن ناشی از سرد شدن حوضچه جوش، قبل از جوشکاری عمل محلول سازی در محدوده 900 تا 982 درجه سانتی‌گراد به مدت 1 الی 2 ساعت انجام شود.

جدول انتخاب سیم‌جوش برای فولادهای ضد زنگ رسوب سخت:

آلیاژ فلز پایه	آلیاژ فیلر یا سیم جوش پیشنهادی
17/4 PH	630
15/5 PH	630
PH13/8 Mo	630
17/7 PH	630, 309L, 309Cb

 

5. استنلس استیل‌های داپلکس

هنگام جوشکاری فولادهای ضد زنگ داپلکس اگر فیلر دارای فریت بیش از اندازه باشد، ممکن است مشکلاتی ایجاد شود.  برای جبران این مسئله، فیلر باید ساختار آستنیتی همراه با محتوای 2 تا 4 درصد نیکل بیش‌تر از فلز پایه داشته باشد. به عنوان مثال، سیم جوش برای جوشکاری نوع 2205 ممکن است دارای 8.85 درصد نیکل باشد. میزان درصد فریت مورد نظر حداقل  از 25 تا 55 درصد پس از جوشکاری متغیر است. توجه داشته باشید که سرعت خنک‌سازی باید به اندازه‌ای آهسته باشد تا  فازهای بین فلزی ایجاد نکند، سرعت زیاد در فرآیند خنک سازی بعد جوش، باعث تشکیل فریت اضافی در ناحیه متاثر از گرما می‌شود.

جدول انتخاب سیم‌جوش برای فولادهای ضد زنگ داپلکس:

آلیاژ فلز پایه	آلیاژ فیلر یا سیم جوش پیشنهادی
329	312Mo
22Cr/5Ni/3Mo	2209

 

 

انتخاب گاز محافظ

معمولاً به‌منظور ساده‌سازی روند کنترل جوشکاری استیل با الکترود و یا حتی کاهش میزان هزینه‌ها، افراد نسبت به استفاده از گازهای محافظی که برای جوش MIG یا جوش قوسی توپودری (FCAW) در جوشکاری فولاد کربنی معمولی مصرف می‌شوند استفاده می‌کنند. متأسفانه این گازها با گریدهای استنلس استیل تطابق ندارند؛ زیرا گازهای محافظ با محتوای دی‌اکسیدکربن بیش از5%، موجب اضافه‌شدن کربن زیادی به جوش می‌شوند و در نتیجه مقاومت به خوردگی آن را به‌شدت کاهش یافته و حتی باعث ترک‌خوردگی جوش می‌شود.

همین امر خود نشان‌دهنده اهمیت انتخاب گاز محافظ مناسب جوشکاری استیل است. برای جوش MIG استیل بیشتر توصیه می‌شود که به سراغ گازهای سه‌گانه (tri-mix) بروید. این ترکیب گازها شامل 85 تا 90% هلیوم، تا 10% آرگون و 2 تا 5% دی‌اکسیدکربن هستند. همچنین آرگون به همراه 1 تا 2% دی‌اکسیدکربن (CO₂) نیز نتایج خوبی به‌دست می‌دهد.

انتخاب‌های رایج به عنوان گاز محافظ جوش MIG استیل عبارت است از:

• آرگون به همراه 1 تا 2% اکسیژن (O₂)
• آرگون به همراه 1 تا 2% دی‌اکسیدکربن (CO₂)
• آرگون و 30% هلیوم و 1 تا % اکسیژن (O₂)
• آرگون و 30% هلیوم و 1 تا 2% دی‌اکسیدکربن (CO₂)

افزودن اکسیژن (O₂) به ترکیب گاز محافظ باعث می‌شود حوضچه جوش سیالیت بهتری پیداکند و پایداری قوس را فراهم می‌کند. هلیوم نفوذ جوش را بهتر می‌کند و سیالیت حوضچه جوش را افزایش می‌دهد و CO2 باعث افزایش و گسترش نفوذ می‌شود.

بیشتر بخوانید: جوشکاری استنلس استیل چگونه انجام می‌شود؟

محاسبه حرارت ورودی در جوشکاری نیز بسیار مهم است

محاسبه مقدار فریت

نکته قابل توجه در جوشکاری فولادهای ضدزنگ آستنیتی که بسیار پُرکاربرد و رایج هستند، مستلزم رعایت نکاتی است تا مقرار و میزان فریت تشکیل شده در حد مناسب باقی بماند. میزان فریت باید به اندازه کافی بالا باشد تا جوش در برابر ترک مقاومت کند اما به اندازه‌ای پایین باشد تا از فلز به فاز تُرد و شکننده وارد نشود. به‌منظور تعیین میزان تعادل بین آستنیت و عناصر تشکیل‌دهنده مربوط به فریت در آلیاژهای فولادی از جمله استنلس استنیل، مهندسان هنگام انتخاب الکترود استیل، از یکی از سه نمودار ساختاری Schaeffler، DeLong و WRC-1992 استفاده می‌کنند.

نمودارهای اشاره شده در دسترس هستند، اما امروزه برنامه‌های کاربردی آنلاین و اپلیکیشن‌های تلفن همراه به مهندسان این امکان را می‌دهند که به راحتی بین گزینه‌های نمودار جابجا شوند، متغیرها (به عنوان مثال، درصد کربن، کروم، مولیبدن، نیکل، نیتروژن و غیره) را وارد کنند و نتایج را به دست آورند.

میزان حرارت ورودی

به‌منظور حفظ خواص متالورژیکی و دراجرای خدمات جوش استیل، در بعضی از شرایط باید میزان حرارت ورودی نیز اندازه‌گیری و کنترل شود. به‌عنوان‌ مثال در زمان جوشکاری یک آلیاژ داپلکس باید میزان حرارت ورودی تحت کنترل باشد؛ زیرا جوشکاری با حرارتی کمتر از حداقل حرارت ورودی می‌تواند منجر به تعادل فاز نامناسب پس از جوشکاری شود، در حالی که گرمای اضافی نیز می‌تواند مقاومت در برابر خوردگی را تحت تاثیر قرار دهد یا فلز را شکننده کند. حرارت یا گرمای ورودی را بر حس کیلوژول بر میلی‌متر اندازه‌گیری می‌کنند. برای محاسبه آن باید مقادیر جریان، ولتاژ، سرعت جوش را بدانید. فرمول میزان حرارت ورودی به شکل زیر است:

حرارت ورودی (کیلوژول بر میلی‌متر) = (آمپر ضربدر ولت) تقسیم بر (هزار ضربدر سرعت بر حسب میلی‌متر بر ثانیه)

جوش بیش از حد اغلب باعث ایجاد اعوجاج و گرمای اضافی می‌شود. به جای کاهش ولت یا آمپر، یک راه حل بهتر می‌تواند افزایش سرعت حرکت برای ایجاد مهره جوش به شکل ایده‌آل‌تر باشد. برخی از گریدهای فیلر ضدزنگ سال‌هاست که وجود دارند و رایج هستند، اما انواع جدیدی از فیلر و الکترود برای برآورده کردن الزامات آلیاژهای مدرن دوفازی، شرایط کارکرد سخت‌تر از نظر خوردگی، استحکام تسلیم بالاتر و محدودیت‌های هزینه در حال توسعه هستند. در نتیجه، حتی سازندگان باتجربه نیز می‌توانند با مشورت با متخصصین سیم‌جوش، الکترود جوش و فیلر و استفاده از منابعی مانند دیتاشیت تولیدکنندگاه و برنامه‌های کاربردی آنلاین به اطلاعات خود در این زمینه بیفزایند.

بیشتر بخوانید: تمیز کردن جوشکاری استنلس استیل

کاربران باید بر حسب نیازشان فیلر یا الکترود را انتخاب کنند

سخن پایانی

امروزه انتخاب انواع گرید سیم جوش های استیل به یک امر تخصصی تبدیل شده است. همه صنعتگران به دنبال دستیابی به بهترین محصول هستند تا بتوانند علاوه بر حفظ میزان مقاومت کلی جوش، موجب تغییر در ویژگیهای فلز اصلی نشوند. آلیاژهایی مثل انواع فولادهای ضدزنگ با توجه به ویژگی‌های بارزی که دارند و کاربردهای تخصصی، در این زمینه بسیار حساس می‌باشند. انتخاب الکترود استیل شاید در نگاه اول دشوار به نظر برسد؛ اما مهم‌ترین امر در این زمینه بهره‌گیری از نظرات کارشناسی، منابع آنلاین و دیتاشیت‌های الکترودها، سیم‌جوش‌ها و فیلرهای مختلف است. در صورت نیاز به کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید با کارشناسان استیل رخ در این زمینه در ارتباط باشید.

در مجموعه استیل رخ می‌توانید خرید ورق استیل، خرید پروفیل استیل، خرید لوله استیل، خرید اتصالات و تجهیزات ساختمانی استیل را همراه با آخرین قیمت و بهترین کیفیت، انجام دهید. برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید با کارشناسان فروش و پشتیبانان استیل رخ در ارتباط باشید.