سخت ترین آلیاژ برای جوشکاری چیست؟

جوشکاری یک فرآیند پیچیده است که شامل ذوب و فیوز مواد است و دشواری جوشکاری در بین آلیاژهای مختلف بسیار متفاوت است. در حالی که بسیاری از آلیاژهای رایج (مانند فولاد آلیاژ کم و آلومینیوم) با روشهای استاندارد می توان جوش داده شد ، برخی از آلیاژها به دلیل ترکیب شیمیایی ، خصوصیات بدنی یا حساسیت به گرما ، جوشکاری بسیار دشوار هستند. هنگام ارزیابی "سخت ترین آلیاژ برای جوشکاری" ، گرما- superalloys مقاوم - به خصوص نیکل {4} superalloys مبتنی بر پایه مانند INCONEL 718 ، Hastelloy X ، و Waspaloy-} int به طور مداوم از برخی از بهترین چالش ها استفاده می کند.
دشواری جوشکاری این سوپر آلوها ناشی از ترکیبی از خواص ذاتی و حساسیت ساختاری است که در طی فرآیند جوشکاری موانع مختلفی ایجاد می کند.
اول ، ترکیب شیمیایی آنها بسیار پیچیده است. گرما- superalloys مقاوم حاوی مقادیر بالایی از عناصر آلیاژ مانند نیکل (عنصر پایه) ، کروم (برای مقاومت در برابر اکسیداسیون) ، کبالت (برای قدرت دما-) و فلزات نسوز مانند مولیبدن ، تنگستن یا نیوبیوم (برای تقویت مقاومت خلال) است. این عناصر عملکرد دما {4} بالا را بهبود می بخشند اما آلیاژها را در هنگام جوشکاری مستعد جدا شدن می کنند. تفکیک زمانی اتفاق می افتد که عناصر آلیاژ به طور ناهموار در استخر جوش متمرکز شوند و منجر به تشکیل فازهای بین فلزی شکننده شود (به عنوان مثال ، مراحل گودال در Inconel 718). این مراحل مفصل جوش را تضعیف کرده و خطر ترک خوردگی تحت استرس را افزایش می دهد.
دوم ، آنها نسبت به ورودی گرما بسیار حساس هستند. بر خلاف فولاد کم آلیاژ یا آلومینیوم ، که می تواند تغییرات گرمای متوسط ​​را تحمل کند ، Superalloys مقاوم- گرما نسبت به گرمای بیش از حد و ناکافی واکنش نشان می دهد. گرمای بیش از حد باعث رشد دانه در گرما- منطقه آسیب دیده (HAZ) می شود ، چقرمگی را کاهش می دهد و "منطقه نرم" ایجاد می کند که در زیر بارهای درجه حرارت بالا 4 {4 شکست می خورد. از طرف دیگر ، گرمای کافی منجر به همجوشی ناقص می شود و شکاف ها یا حفره هایی را در جوش می گذارد. علاوه بر این ، نقطه ذوب بالای این آلیاژها (اغلب بالاتر از 1200 درجه) به منابع گرمای شدید نیاز دارد که این امر خطر اعوجاج و ترک خوردگی حرارتی را افزایش می دهد.
یکی دیگر از چالش های مهم حساسیت آنها به ترک خوردگی داغ است. ترک خوردگی داغ در استخر جوش به محض جامد شدن ، ناشی از تفکیک کم- ذوب -}}}}}} در مرزهای دانه است. گرما- superalloy های مقاوم به ویژه در این مورد مستعد هستند زیرا ترکیب آلیاژ پیچیده آنها فرصت های بیشتری را برای چنین تفکیک ایجاد می کند. به عنوان مثال ، INCONEL 718 حاوی Niobium است ، که می تواند بین فلزی های شکننده ای که در مرزهای دانه متمرکز شده اند تشکیل دهند و جوش را در معرض ترک خوردگی قرار می دهد.
اکسیداسیون نیز مسئله مهمی است. این آلیاژها برای مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا طراحی شده اند ، اما در حین جوشکاری ، لایه محافظ اکسید (تشکیل شده توسط کروم یا آلومینیوم) می تواند تجزیه شود و فلز تازه را در معرض اکسیژن قرار دهد. این منجر به تشکیل اکسیدهای جدید در استخر جوش می شود که به عنوان اجزاء عمل می کنند و مفصل را تضعیف می کنند. حتی مقادیر ردیابی اکسیژن یا نیتروژن موجود در گاز محافظ می تواند جوش را آلوده کند ، و به گازهای محافظ خالص (مانند آرگون 99.999 ٪) و کنترل دقیق جوی نیاز دارد.
در مقایسه با سایر آلیاژهای جوش {{0} به -}} (مانند تیتانیوم یا فولاد کربن {{2} بالا) ، گرما {3} superalloys مقاوم یک ترکیب منحصر به فرد از چالش ها را نشان می دهد. تیتانیوم ، در حالی که نسبت به اکسیژن واکنش پذیر است ، با محافظت مناسب می تواند با موفقیت جوش داده شود. فولاد کربن- بالا مستعد ترک خوردگی سرد است اما می تواند با پرکننده های هیدروژن {7 {7 {7 {{} {قابل کنترل باشد. در مقابل ، SuperAlloys در هر مرحله دقت لازم را می طلبد: از انتخاب فلزات پرکننده (که باید با شیمی آلیاژ برای جلوگیری از تشکیل فاز مطابقت داشته باشد) تا کنترل ورودی گرما (اغلب نیاز به روش های پیشرفته مانند جوشکاری لیزر یا جوشکاری پرتو الکترونی) و پس از عمل گرمازدگی (برای کاهش استرس باقیمانده و بازگرداندن خصوصیات مکانیکی).
برای جوش دادن گرما - superalloys مقاوم ، تکنیک های تخصصی مورد نیاز است:
• فرآیندهای پیشرفته جوشکاری: جوشکاری پرتو لیزر یا جوش پرتو الکترونی ، که گرمای غلیظ را با حداقل HAZ تحویل می دهند ، برای بخش های نازک نسبت به MIG سنتی یا TIG ترجیح داده می شوند.
• محافظ دقیق: مناطق جوش (از جمله قسمت پشتی مفصل) باید با گاز بی اثر محافظت شوند تا اینکه زیر 300 درجه خنک شوند تا از اکسیداسیون جلوگیری شود.
• مهندسی فلزی پرکننده: پرکننده های سفارشی (به عنوان مثال ، Inconel 625 برای پیوستن به INCONEL 718) برای کاهش خطر جداسازی و ترک خوردگی استفاده می شود.
• POST - عملیات حرارتی جوش: بازپرداخت راه حل و پیری برای بازگرداندن قدرت درجه حرارت بالا - بسیار مهم است.
در نتیجه ، گرما- superalloys مقاوم - به ویژه نمرات نیکل - مبتنی بر مانند INCONEL 718-در میان سخت ترین آلیاژها برای جوشکاری هستند. ترکیب پیچیده ، حساسیت به گرما و حساسیت به ترک خوردگی و اکسیداسیون ، طوفان کاملی از چالش ها را ایجاد می کند که نیاز به تکنیک های پیشرفته ، کنترل دقیق فرایند و تخصص تخصصی دارند. در حالی که سایر آلیاژها مشکلات جوشکاری را به وجود می آورند ، هیچ کدام با ترکیب موانع ارائه شده توسط این سوپریالی ها مطابقت ندارد و آنها را به عنوان معیار "سخت ترین جوشکاری" در کاربردهای صنعتی تبدیل می کند.