چرا نمی توانید فولاد سخت شده را جوش دهید؟

فولاد سخت - به دلیل مقاومت و سختی زیاد به دلیل عملیات حرارتی شناخته شده است (به عنوان مثال ، خاموش و معتدل) - چالش های مهمی را در جوشکاری ایجاد می کند. در حالی که جوشکاری غیرممکن نیست ، انجام این کار بدون آسیب رساندن به مواد یا ایجاد اتصالات ضعیف و ناپایدار بسیار دشوار است. مسئله اصلی در چگونگی تعامل گرما از جوشکاری با ریزساختار فولاد است و منجر به آبشار مشکلات می شود. در اینجا یک تفکیک دقیق وجود دارد:
1. چه چیزی باعث می شود فولاد سخت شده "سخت" شود؟
اول ، درک این مسئله که چرا فولاد سخت شده متفاوت رفتار می کند بسیار مهم است. فولاد سخت شده از طریق یک فرآیند عملیات حرارتی به خواص خود می رسد:
• خاموش کردن: گرمایش فولاد به درجه حرارت بالا (به عنوان مثال ، 800-900 درجه) برای تشکیل یک ساختار یکنواخت "آستنیت" ، سپس به سرعت خنک می شود (در آب یا روغن) برای به دام انداختن اتم های کربن ، ایجاد یک مرحله سخت و شکننده به نام مارتنسیت.
• این ساختار مارتنزیتیک به سختی سخت خود را به فولاد سخت می دهد (اغلب 50+ HRC) اما همچنین باعث شکننده و حساس به گرما می شود.
2. دلایل اصلی جوشکاری فولاد سخت شده مشکل ساز است
جوشکاری شامل ذوب شدن و re - استحکام فلز است ، که افراد فولاد را به تغییر دمای شدید سخت می کنند. این تغییرات ریزساختار آن را مختل کرده و مسائل غیرقابل اجتناب ایجاد می کند:
الف خنک کننده سریع باعث مارتنزیت بیشتر- و ترک خوردگی می شود
هنگامی که استخر جوش خنک می شود ، منطقه تحت تأثیر (HAZ)-}- منطقه اطراف جوش که ذوب نمی شود اما گرم می شود - تحت تغییر دمای شدید قرار می گیرد:
• HAZ بالاتر از "دمای بحرانی" فولاد (حدود 723 درجه) گرم می شود و مارتنزیت موجود خود را به آستنیت تبدیل می کند.
• با خنک شدن جوش ، این آستنیت حتی سریعتر از فرایند سخت شدن اصلی (به دلیل گرمای موضعی و شدید جوش) به مارتنزیت باز می گردد.
• این شکل گیری سریع مارتنزیت جدید باعث ایجاد استرس داخلی شدید می شود زیرا مارتنزیت از آستنیت متراکم تر است و منجر به ترک خوردگی سرد (همچنین "هیدروژن {0} cr ترک خوردگی ناشی از") در HAZ یا جوش می شود.
ب. آلودگی هیدروژن ترک خوردگی را بدتر می کند
جوشکاری هیدروژن را به فولاد وارد می کند ، که اغلب از رطوبت هوا ، شار یا سطوح آلوده است. ساختار مارتنزیتی سخت فولاد این هیدروژن را به دام می اندازد ، که:
• توانایی فلز در مقاومت در برابر استرس را تضعیف می کند.
• با استرس داخلی از تشکیل مارتنزیت ترکیب می شود تا باعث ترک خوردگی ، گاهی ساعات یا روزها پس از جوشکاری شود.
ج. از دست دادن سختی در HAZ
در حالی که برخی از قسمت های HAZ از مارتنزیت جدید سخت تر (و شکننده تر می شوند) ، مناطق دیگر تا دمایی گرم می شوند که مارتنزیت موجود را "خلق می کنند":
• معتدل مارتنزیت را نرم می کند و سختی در آن مناطق را کاهش می دهد.
• این یک "نقطه نرم" را در HAZ ایجاد می کند و قدرت مورد نظر فولاد را تضعیف می کند و مقاومت در برابر سایش را تضعیف می کند.
د. شکنندگی خطر شکستگی را افزایش می دهد
فولاد سخت شده به دلیل ساختار مارتنزیتی در حال حاضر شکننده است. جوشکاری این را تشدید می کند:
• HAZ از سازند جدید مارتنزیت یا کاربید شکننده تر می شود (اگر فولاد زیاد باشد - کربن).
• بر خلاف فلزات داکتیل ، که تحت استرس خم می شوند ، این منطقه شکننده می تواند به طور ناگهانی زیر بار شکستگی شود و منجر به خرابی فاجعه بار شود.
3. آیا راهی برای جوش دادن فولاد سخت شده وجود دارد؟
در حالی که جوشکاری فولاد سخت شده غیرممکن نیست ، به تکنیک های تخصصی نیاز دارد تا آسیب- را به حداقل برساند و حتی در این صورت ، نتایج به ندرت کامل هستند. راه حل های مشترک شامل موارد زیر است:
• فولاد را از قبل گرم کنید: گرم کردن کل قسمت به 200-300 درجه قبل از جوشکاری باعث کاهش خنک کننده ، کاهش تشکیل مارتنزیت و استرس می شود. این بسیار مهم است اما خطر را از بین نمی برد.
• از روشهای جوشکاری هیدروژن کم {{0} استفاده کنید: فرآیندی مانند TIG (جوشکاری قوس تنگستن گاز) را با محافظ گاز بی اثر یا الکترودهای هیدروژن کم- کم انتخاب کنید تا جذب هیدروژن را کاهش دهید.
• POST - عملیات حرارتی جوش (PWHT): پس از جوشکاری ، فولاد را با گرم کردن آن به 200-300 درجه و خنک کننده به آرامی تنظیم کنید. این استرس را تسکین می دهد و مارتنزیت اضافی را نرم می کند ، اگرچه سختی کلی فولاد را نیز کاهش می دهد.
• از جوشکاری به طور کلی خودداری کنید: در بسیاری موارد ، بهتر است قسمت را از فولاد آنیل (نرم) ماشین ساز کنید ، ابتدا آن را جوش دهید ، سپس آن را بعد از آن سخت کنید. این از آسیب رساندن به ساختار سخت شده جلوگیری می کند.
4. چرا اغلب بهتر است از جوشکاری فولاد سخت جلوگیری کنید
حتی با اقدامات احتیاطی ، جوشکاری فولاد سخت شده به ندرت مواد را به خواص اصلی خود باز می گرداند:
• ترک ها ممکن است هنوز هم شکل بگیرند ، به خصوص در برنامه های استرس {0} بالا مانند ابزار یا قطعات ساختاری.
• HAZ همیشه سختی متناقض خواهد داشت و مؤلفه را تضعیف می کند.
• زمان و هزینه پیش گرم شدن ، تجهیزات تخصصی و پست-} درمان جوش اغلب از مزایا فراتر می رود.
پایان
جوشکاری فولاد سخت بسیار دشوار است زیرا جوشکاری ریزساختار مارتنزیتی آن را مختل می کند ، استرس داخلی ایجاد می کند ، هیدروژن را معرفی می کند و باعث ترک خوردگی یا از بین رفتن سختی می شود. در حالی که محدود ، تکنیک های تخصصی می توانند خطرات را کاهش دهند ، آنها به ندرت مفصل را به اندازه فولاد اصلی قابل اعتماد تولید می کنند. به همین دلیل ، جوشکاری فولاد سخت شده به طور کلی توصیه نمی شود ، مگر اینکه کاملاً لازم باشد {2 {}} و حتی در این صورت ، به مهارت متخصص و برنامه ریزی دقیق نیاز دارد. در بیشتر موارد ، جوشکاری قبل از سخت شدن (هنگامی که فولاد هنوز نرم است) جایگزین بسیار ایمن تر است.