لحام الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة: شرح

1. لحام الفولاذ المقاوم للصدأ

يشير الفولاذ المقاوم للصدأ إلى نوع من الفولاذ الذي يبقى في حالة تخميل على السطح بإضافة عناصر السبائك مثل الكروم، مما يمكنه من مقاومة التآكل من الغلاف الجوي وبعض الوسائط، ويتمتع بثبات كيميائي جيد.

عندما يزيد محتوى الكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ عن 12%، يمكن أن تتكون طبقة أكسيد كثيفة بسرعة على السطح، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في إمكانات القطب الكهربائي للصلب ومقاومة التآكل في البيئات المؤكسدة.

هناك عدة طرق لتصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ. وفقًا لنوع الهيكل، يمكن تقسيمه إلى فولاذ مقاوم للصدأ من الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي, الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأوالفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، والفولاذ المقاوم للصدأ الذي تصلب بالترسيب.

الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ هو أكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ استخدامًا وتنوعًا. حاليًا، يمكن تقسيم الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ تقريبًا إلى نوعين: نوع Cr18-Ni8، مثل 0Cr18Ni9، 00Cr19Ni10، 0Cr19Ni10NbN؛ ونوع Cr25-Ni20، مثل 0Cr25Ni20. الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي يُستخدم أيضًا على نطاق واسع، مع أنواع Cr13 و Cr17، مثل 0Cr13Al، 1Cr17، 00Cr18Mo2، وتستخدم بشكل رئيسي في البيئات ذات ظروف التآكل الأقل حدة.

يستخدم الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ في المقام الأول نوع Cr13، مثل 0Cr13، 1Cr13، 2Cr13، 0Cr13Ni4Mo. الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين هو فولاذ مقاوم للصدأ ذو بنية مجهرية ثنائية الطور تتكون من الأوستينيت والفريت، حيث تشغل كلتا المرحلتين نسبة كبيرة، مثل 0Cr26Ni26Ni5Mo2، 00Cr18Ni5Mo3Si2.

الفولاذ المقاوم للصدأ المصلد بالترسيب هو نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يشتمل على عناصر تصلب إما منفردة أو مجتمعة، للحصول على قوة عالية وصلابة عالية ومقاومة جيدة للتآكل من خلال المعالجة الحرارية المناسبة.

1. خصائص اللحام من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ

بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن لحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ سهل نسبياً. وتتمثل المشكلات الرئيسية التي قد تنشأ أثناء اللحام فيما يلي: قابلية عالية للتشقق الحراري في اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة، وترسيب كربيدات الكروم في الوصلة مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة التآكل، واحتمال حدوث تقصف 475 درجة مئوية أو تقصف طور سيجما عندما تحتوي الوصلة على كمية كبيرة من الفريت.

(1) تكسير حراري في الوصلات الملحومة

يكون الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ شديد التأثر بالتشقق الحراري، وهناك إمكانية لتكوين تشققات في كل من اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة. ويحدث ذلك عادةً على هيئة شقوق تصلب في اللحام، ولكن يمكن أن يحدث أيضًا على هيئة شقوق تسييل في المنطقة المتأثرة بالحرارة أو بين طبقات متعددة من معدن اللحام. يمكن تصنيف الشقوق على أنها شقوق تصلب أو شقوق تسييل أو شقوق منخفضة اللدونة بدرجة حرارة عالية.

للوقاية من التشقق الحراري في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، تشمل التدابير الرئيسية ما يلي:

1) التدابير المعدنية:

التحكم الصارم في الشوائب الضارة في معدن اللحام. كلما زاد محتوى النيكل في الفولاذ، زادت أهمية التحكم في مستويات الكبريت والفوسفور والبورون والسيلينيوم والعناصر الضارة الأخرى لمنع التشقق الحراري. بالنسبة للحامات الأوستنيتية أحادية الطور، يمكن أن تؤدي إضافة كميات مناسبة من المنجنيز وكميات صغيرة من الكربون والنيتروجين وتقليل محتوى السيليكون إلى تحسين مقاومة اللحام للتشقق.

ضبط التركيب الكيميائي للحام. إنشاء بنية مزدوجة من الأوستينيت والفريت في معدن اللحام يمنع بشكل فعال تكوين الشقوق الحرارية. على سبيل المثال، إن وجود كمية صغيرة من طور الفريت في البنية المجهرية للحام الفولاذ 18-8 يحسن بشكل كبير من مقاومته للتشقق. تشمل العناصر الشائعة التي تعزز تكوين الفريت الكروم والموليبدينوم والفاناديوم، إلخ.

تتضمن هذه التدابير المعدنية في المقام الأول تعديل التركيب الكيميائي لـ مواد اللحام.

2) تدابير العملية:

التقليل من السخونة الزائدة لحوض اللحام لمنع تكون الحبيبات العمودية الخشنة. لذلك، يُنصح باستخدام مدخلات حرارة صغيرة ولحامات صغيرة المقطع العرضي. في اللحام متعدد الممرات، يجب ألا تكون درجة الحرارة البينية عالية جدًا لتجنب ارتفاع درجة حرارة اللحام. أثناء عملية اللحام، يجب أن تكون قضيب اللحام يجب عدم التذبذب، ويجب استخدام تقنيات اللحام الضيقة والسريعة.

نطاق درجة حرارة التحسس: يكون الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ أكثر حساسية للتآكل بين الخلايا الحبيبية عند تسخينه إلى 400-800 درجة مئوية. يُعرف نطاق درجة الحرارة هذا بنطاق درجة حرارة التحسس.

(2) مقاومة التآكل في الوصلات الملحومة:

يمكن أن تواجه الوصلات الملحومة التآكل بين الخلايا الحبيبيةوتآكل خط السكين والتآكل الإجهادي أثناء الخدمة.

لمنع التآكل بين الخلايا الحبيبية في الوصلات الملحومة، يمكن اتخاذ التدابير التالية:

1) التدابير المعدنية:

إنشاء هيكل مزدوج من الأوستينيت والفريت في معدن اللحام، حيث يتراوح حجم جزء الفريت من 4% إلى 12%. وضمن هذا النطاق، لا يُظهر معدن اللحام مقاومة محسنة للتآكل بين الخلايا الحبيبية والتآكل الإجهادي فحسب، بل يعزز أيضًا مقاومته للتشقق الحراري.

إدخال عناصر التثبيت في معدن اللحام التي لها تقارب أكبر مع الكربون من الكروم، مثل تيتانيوموالنيوبيوم، والنيوبيوم، والتنتالوم، والزركونيوم.

تقليل محتوى الكربون في معدن اللحام لمنع التآكل بين الخلايا الحبيبية. يجب تقليل محتوى الكربون إلى أقل من حد الذوبان في الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ عند درجة حرارة الغرفة، مما يجعل من المستحيل على الكربون أن يتفاعل مع الكروم ويشكل Cr23C6، وبالتالي القضاء على المنطقة المستنفدة من الكروم عند حدود الحبيبات. عندما يكون الجزء الكتلي من الكربون في معدن اللحام أقل من 0.03%، يُظهر معدن اللحام مقاومة محسنة للتآكل بين الحبيبات.

كما ذُكر أعلاه، من أجل الحصول على الأنواع والكميات المناسبة من عناصر السبائك في معدن اللحام، من الضروري البدء بمادة اللحام واختيار أقطاب اللحام والتدفقات والأسلاك التي تفي بالشروط المعدنية المذكورة أعلاه. وهذا أمر ضروري لتحقيق هدف منع التآكل بين الخلايا الحبيبية في معدن اللحام.

2) تدابير العملية:

اختر طريقة لحام مناسبة تقلل من مدخلات الحرارة وتقلل من الوقت الذي تبقى فيه الوصلة الملحومة في نطاق درجة حرارة التحسس. بالنسبة للوصلات الرقيقة والصغيرة المنتظمة، ينبغي استخدام تقنيات مثل اللحام بالشعاع الإلكتروني، واللحام بقوس البلازما، واللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG) مع طاقة مركزة.

بالنسبة للحامات الألواح متوسطة السماكة المتوسطة، يكون استخدام اللحام بالغاز الخامل المعدني (MIG) مع قطب الصهر مناسبًا. أما بالنسبة للحامات الألواح السميكة، فإن اللحام بالقوس المغمور واللحام بالقوس المعدني المحمي هما طريقتان شائعتا الاستخدام، بينما لا يوصى باللحام بالغاز.

عند تحديد معلمات اللحام، من المهم ضمان جودة اللحام مع استخدام تيار لحام منخفض وأسرع سرعة لحام ممكنة.

من خلال اختيار طريقة اللحام المناسبة وتحسين طريقة اللحام معلمات اللحامفإن الهدف هو تقليل الوقت المستغرق في نطاق درجة حرارة التحسس وتقليل مخاطر التآكل بين الخلايا الحبيبية في الوصلة الملحومة مع ضمان جودة اللحام.

فيما يتعلق بالعمليات، يُنصح باستخدام طبقات اللحام الضيقة والتمريرات المتعددة للحامات متعددة الطبقات. بعد كل ممر لحام أو طبقة، من المهم السماح للوصلة الملحومة بالتبريد إلى درجة حرارة الغرفة قبل الانتقال إلى الممر أو الطبقة التالية. أثناء عملية اللحام، يجب ألا تتأرجح مادة اللحام في الحوض المنصهر. عند لحام الأنابيب باستخدام اللحام بقوس الأرغون كمرور الجذر، من الممكن إجراء اللحام بالانصهار دون إضافة مادة حشو.

إذا سمحت الظروف، فإن تطهير الجزء الداخلي من الأنبوب بغاز الأرجون يمكن أن يحمي الحوض المنصهر من الأكسدة، ويسرع من معدل تبريد اللحام ويسهل تشكيل اللحام الخلفي. بالنسبة للحامات المعرضة للوسائط المسببة للتآكل، يفضل إجراء اللحام النهائي إذا سمحت الظروف، وذلك لتقليل عدد مرات تسخين اللحام بواسطة الوسيط المسبب للتآكل.

يتم تحقيق التبريد السريع في المنطقة المتأثرة بالحرارة عن طريق التبريد القسري. بالنسبة للحامات المنتظمة، إذا سمحت الظروف، يمكن استخدام دعامة نحاسية نقية، ويمكن تدوير الماء أو الغاز الواقي من خلال الدعامة النحاسية لتسهيل التبريد القسري. يساعد ذلك على منع التآكل بين الخلايا الحبيبية في الوصلة الملحومة.

ويرجع السبب في ذلك إلى أنه في درجات حرارة التسخين المنخفضة (أقل من 400 درجة مئوية) أو أوقات التسخين القصيرة، يكون أقل ملاءمة لانتشار الكربون وتكوين كربيدات الكروم، وبالتالي تجنب المنطقة المستنفدة من الكروم.

تتم عملية المعالجة بالمحلول أو المعالجة بالتثبيت. بعد المعالجة بالمحلول، يكون الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ الأوستنيتي أقل القوة والصلابةوأفضل مقاومة للتآكل، وهي وسيلة مهمة لمنع التآكل بين الخلايا الحبيبية.

يمكن زيادة التخلص من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الحساس عن طريق المعالجة بالمحلول. يتم تسخين معالجة التثبيت بشكل عام عند درجة حرارة تتراوح بين 850-900 درجة مئوية وتبقى لمدة 2-4 ساعات. يمكن أيضًا استخدام معالجة التثبيت للتخلص من المعرفة الصغيرة الناتجة عن تسخين التحسس.

المعالجة بالمحلول ومعالجة التثبيت: المعالجة بالمحلول هي عملية يتم فيها تسخين الوصلة الملحومة إلى درجة حرارة تتراوح بين 1050-1150 درجة مئوية، ويتم الاحتفاظ بها لفترة زمنية معينة، ثم يتم تبريدها بسرعة في نطاق 800-400 درجة مئوية.

المعالجة بالتثبيت هي عملية معالجة حرارية مصممة للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الذي يحتوي على مثبتات، ويتم تسخينها بشكل عام إلى 850-900 درجة مئوية وتبقى لمدة 2-4 ساعات.

2) تآكل خط السكين.

تآكل خط السكينة، والمعروف أيضًا باسم تآكل حافة السكين أو ببساطة تآكل السكين، هو شكل محدد من أشكال التآكل بين الخلايا الحبيبية الذي يحدث فقط في الوصلات الملحومة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الذي يحتوي على عناصر تثبيت مثل Ti وNb. ويحدث التآكل على طول خط الانصهار في المنطقة شديدة السخونة من المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ). ونظرًا لضيق عرضها (بشكل عام 1.0-1.5 مم في اللحام القوسي)، فإنها تأخذ مظهر القطع الذي يحدثه السكين، ومن هنا جاءت تسمية تآكل خط السكين. تشمل تدابير منع تآكل خط السكين ما يلي:

أولاً، تقليل محتوى الكربون في المادة الأساسية. وهذا إجراء فعال لمنع تآكل خط السكين، حيث إن الوصلات الملحومة المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ منخفض الكربون للغاية لا تظهر تآكل خط السكين.

ثانيًا، اعتماد عملية لحام معقولة. مع ضمان جودة اللحام، يُنصح باختيار مدخلات حرارة أقل لتقليل وقت المكوث في المنطقة المحمومة في درجات الحرارة المرتفعة، ولتجنب حدوث "التحسس في منتصف درجة الحرارة" أثناء عملية اللحام.

في اللحام على الوجهين، يجب تطبيق اللحام الملامس للوسط المسبب للتآكل كلحام نهائي إن أمكن. إذا لم يكن ذلك ممكنًا، يجب تعديل بارامترات اللحام وشكل اللحام لتقليل تسخين إعادة التحسس في المنطقة شديدة السخونة الملامسة للوسط المتآكل.

يمكن استخدام طرق التبريد القسري أثناء اللحام أو بعده لتحقيق التبريد السريع للمفصل الملحوم. يمكن إجراء التصحيح بعد اللحام باستخدام طرق التصحيح البارد. بالنسبة للوصلات الملحومة ذات المتطلبات العالية لأداء التآكل، قد يكون من الضروري إجراء معالجة التثبيت بعد اللحام أو المعالجة بالمحلول.

3) التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.

التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي هو شكل من أشكال التلف الذي يحدث عندما يعمل إجهاد الشد ووسائط تآكل محددة معًا. وهو نمط فشل تآكل حساس للغاية ومتكرر الحدوث في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. وتمثل الحوادث الناجمة عن التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي أكثر من 60% من جميع الأعطال المرتبطة بالتآكل.

يتعرض الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ للتشوه أثناء اللحام بسبب ضعف التوصيل الحراري ومعامل التمدد الخطي المرتفع وانخفاض قوة الخضوع. عندما يكون تشوه اللحام مقيدًا، سيبقى حتمًا إجهاد اللحام المتبقي الكبير في الوصلة الملحومة، مما يسرع من عمل الوسط المسبب للتآكل.

ونتيجة لذلك، يشيع التشقق الإجهادي الناتج عن التآكل الإجهادي في الوصلات الملحومة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. إنها واحدة من أصعب المشكلات التي يجب معالجتها في لحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، خاصةً في المعدات الكيميائية حيث يحدث التشقق الإجهادي بشكل متكرر.

تشمل تدابير منع التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي ما يلي:

أولاً، تصميم وصلة اللحام بطريقة عقلانية لتجنب تراكم الوسائط المسببة للتآكل في منطقة وصلة اللحام وتقليل أو إزالة تركز الإجهاد في وصلة اللحام.

ثانيًا، القضاء على أو تقليل الإجهاد المتبقي في وصلة اللحام. تُعد معالجة تخفيف الإجهاد بعد اللحام إجراءً شائع الاستخدام في المعالجة، حيث تؤدي درجة حرارة التسخين بين 850-900 درجة مئوية إلى تحقيق التأثير الأمثل لتخفيف الإجهاد.

الطرق الميكانيكية مثل الصقل السطحي، الطلقات النارية التقشيرويمكن أيضًا استخدام الطرق بالطرق لإحداث إجهاد ضاغط على السطح. في التصميم الإنشائي، يجب استخدام الوصلات التناكبية قدر الإمكان لتجنب اللحامات المتقاطعة، ويمكن استبدال الأخاديد المفردة على شكل حرف V بأخاديد مزدوجة على شكل حرف Y.

ثالثًا، اختيار المادة الصحيحة. يجب اختيار المواد ذات الحساسية المنخفضة للتشقق الإجهادي للتآكل الإجهادي بناءً على خصائص الوسط. وهذا لا يشمل فقط المادة الأساسية، ولكن أيضًا المواد المستهلكة للحام، حيث يمكن أن تؤثر بشكل كبير على مقاومة التشقق الإجهادي للتآكل الإجهادي.

(3) التقصف في الوصلات الملحومة

يوجد شكلان رئيسيان للتقصف في الوصلات الملحومة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ: التقصف في درجات الحرارة المنخفضة والتقصف في الطور σ.

1) التقصف في درجات الحرارة المنخفضة لمعدن اللحام:

في حالة الوصلات الملحومة المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، لا تكون مقاومة التآكل أو مقاومة الأكسدة هي الخاصية الأكثر أهمية دائمًا. عند استخدامها في درجات حرارة منخفضة، تصبح مرونة وصلابة معدن اللحام أمرًا بالغ الأهمية. لتلبية متطلبات الصلابة في درجات الحرارة المنخفضة، فإن البنية المجهرية الأوستنيتي الوحيدة مطلوبة في معدن اللحام، مع تجنب وجود δ-الفريت. إن وجود δ-الفريت يقلل دائمًا من الصلابة في درجات الحرارة المنخفضة.

2) التقصف في الطور σ للمفاصل الملحومة:

الطور σ عبارة عن مركب هش بين المعادن يتراكم بشكل أساسي عند حدود حبيبات البلورات العمودية. ويرتبط حدوث التقصف في الطور σ بدرجة السبائك في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. بالنسبة إلى الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الأوستنيتي الذي يحتوي على عناصر سبائك عالية مثل Cr وM، يمكن أن تترسب بسهولة في الطور σ. يؤثر Cr وM تأثيرًا كبيرًا على تكوين الطور σ.

يمكن أن تؤدي زيادة محتوى النيكل، وهو عنصر صناعة السبائك في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، إلى منع تكوين الطور σ بفعالية أثناء عملية اللحام، وبالتالي منع تقصف الوصلات الملحومة. وهذا إجراء معدني فعال لمنع التقصف في الوصلات الملحومة.

2. خصائص اللحام من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج

يُظهِر الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج المزدوج قابلية اللحام، وباستخدام مواد اللحام المناسبة، يمكن تجنب التشقق الساخن والتشقق البارد في اللحام. يمكن أن تلبي الخواص الميكانيكية للمفصل الملحوم بشكل عام متطلبات الأداء الخاصة بـ هيكل ملحوم.

كما تُظهر الوصلة الملحومة أيضًا مقاومة جيدة للتشقق الإجهادي الناتج عن التآكل الإجهادي، وتتفوق مقاومتها للتآكل الحبيبي على مقاومة الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، بينما تتفوق مقاومتها للتآكل بين الخلايا الحبيبية على مقاومة الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ.

ومع ذلك، فإن المنطقة القريبة من اللحام في الوصلة الملحومة تتأثر بـ حرارة اللحام مما يؤدي إلى خشونة حتمية في حبيبات الفريت في المنطقة شديدة السخونة، وبالتالي تقليل مقاومة التآكل في تلك المنطقة.

3. عمليات لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج

(1) اختيار طرق اللحام:

يمكن لحام كل من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ والفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ باستخدام طرق لحام انصهار مختلفة، مثل اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW)، واللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG)، واللحام بالقوس المعدني الغازي (GMAW)، واللحام بالقوس المغمور (SAW)، و اللحام بقوس البلازما.

1) محمية القوس المعدني اللحام (SMAW):

SMAW هي طريقة اللحام الأكثر استخدامًا، وهي معروفة بمرونتها وملاءمتها. ولتعزيز المقاومة ضد التشقق الساخن، يوصى باستخدام الأقطاب الكهربائية المغلفة بالأساسيات. بالنسبة للحامات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل ومظهر سطح جيد، يفضل استخدام الأقطاب الكهربائية ذات الأداء الجيد في المعالجة، مثل الطلاءات من نوع التيتانيوم والكالسيوم.

2) اللحام بغاز التنجستن الخامل (TIG):

يُعد لحام TIG طريقة مثالية للحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج لأنه يقلل من احتراق عنصر السبيكة أثناء عملية اللحام، مما ينتج عنه سطح لحام نظيف وخالٍ من الخبث مع حبة اللحام التكوين. بالإضافة إلى ذلك, اللحام بالتيغ (TIG) يحتوي على مدخلات حرارة أقل، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للحام الفولاذ الأوستنيتي الحساس للحرارة والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج.

3) اللحام بالقوس المغمور (SAW):

SAW هي طريقة لحام عالية الكفاءة تتميز بمدخلات الحرارة العالية، وحجم حوض اللحام الكبير، ومعدلات التبريد والتصلب البطيئة. تزيد هذه الطريقة من قابلية التشقق الساخن. تتمتع SAW بمجموعة واسعة من معدلات التخفيف في المعدن الأساسي (10% إلى 75%)، مما يؤثر بشكل كبير على تكوين معدن اللحام، خاصةً في التحكم في محتوى الفريت في البنية المجهرية للحام.

4) اللحام بقوس البلازما:

اللحام بقوس البلازما هو أيضًا طريقة لحام انصهار مع حماية بالغاز الخامل، باستخدام قوس بلازما عالي الكثافة للطاقة كمصدر للحرارة. وهو يوفر مزايا مثل الطاقة المركزة، والمنطقة المتأثرة بالحرارة الصغيرة، وسرعة سرعة اللحاموكفاءة استخدام الحرارة العالية، والمنطقة المتأثرة بالحرارة الضيقة. وفي ظل الظروف الخالية من الرياح، يكون اللحام بقوس البلازما مفيدًا في تحسين مقاومة التآكل وتعزيز البنية المجهرية للمفصل الملحوم.

كما يستخدم لحام القوس المعدني الغازي، مثل اللحام بالقوس المعدني الغازي، على نطاق واسع. ثاني أكسيد الكربون₂ يتم أيضًا استخدام اللحام المحمي بالغاز بسلك محفور بالتدفق في اللحام المقاوم للصدأ لحام الصلب.

(2) اختيار مواد اللحام

يتمثل مبدأ اختيار مواد اللحام للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ في اختيار المواد ذات التركيبات الكيميائية المماثلة أو المتطابقة مع المعدن الأساسي.

ومع ذلك، من الضروري أيضًا النظر في الخواص الميكانيكية الإجمالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة التشقق، ومقاومة درجات الحرارة العالية للمفصل الملحوم، بناءً على ظروف الاستخدام المحددة. يقدم الجدول 5-21 أمثلة على الاختيار الموصى به لمختلف أنواع لحام الفولاذ المقاوم للصدأ المواد.

الجدول 5-21: أمثلة على مواد لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الموصى بها

(3) النقاط الرئيسية للحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج. تكون عملية لحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ والفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ على النحو التالي:

1) تحضير ما قبل اللحام:

أ) قطع المواد وإعداد الأخدود: بسبب المحتوى العالي من الكروم في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، يصعب قطعه بلهب الأوكسي أسيتيلين. القطع الميكانيكي، الكربون الهوائي قطع القوسأو القطع بقوس البلازما، أو يمكن استخدام طرق أخرى لقطع المواد وإعداد الأخدود.

ب) التنظيف قبل اللحام: لضمان ما يلي جودة اللحام، يجب تنظيف الأخدود والسطح في نطاق 20-30 مم على جانبي الأخدود جيدًا. إذا كان هناك تلوث بالزيت، يمكن استخدام المذيبات العضوية مثل الأسيتون أو الكحول للتنظيف. بالنسبة للحامات ذات المتطلبات العالية لجودة السطح، يمكن استخدام ملاط مصنوع من مسحوق الطباشير الأبيض في نطاق مناسب لمنع الترشيش من إتلاف سطح الفولاذ. أثناء المناولة، وإعداد الأخدود، والتجميع، واللحام الموضعي، يجب توخي الحذر لتجنب إتلاف سطح الفولاذ، حيث قد يقلل ذلك من مقاومة المنتج للتآكل. الضرب بالقوس واستخدام الأدوات الحادة لخدش صفيحة فولاذية لا يُسمح بالسطح بشكل عشوائي.

لحام التموضع:

أثناء اللحام بالتموضع، يجب أن يستخدم اللحام نفس مواد اللحام ومواصفات عملية اللحام الفعلية. يجب ألا يتجاوز ارتفاع اللحام داخل الأخدود بشكل عام ثلثي عمق الأخدود. في حالة حدوث عيوب مثل الشقوق في لحام التموضع، يجب إزالتها وإعادة اللحام.

يجب أن تخضع مواد اللحام لمعالجة تجفيف محددة.

2) تقنية اللحام:

يجب أن يتم ضرب القوس داخل الأخدود، ويجب أن يتم تحقيق مسار واحد من الاندماج. يجب إطفاء القوس لملء الحفرة.

عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، يجب أن يكون تيار اللحام من 10% إلى 20% أقل مقارنةً بـ لحام الفولاذ منخفض الكربون. يجب استخدام قوس قصير ولحام سريع وسير مستقيم. وفي الوقت نفسه، يجب التحكم في درجة الحرارة البينية، بحيث تبقى عمومًا أقل من 100 درجة مئوية. ولمنع ارتفاع درجة الحرارة البينية المفرط، يمكن تنفيذ تدابير مثل التبريد المائي الخلفي إذا لزم الأمر.

بالنسبة للحام متعدد الطبقات ومتعدد الممرات، يجب إزالة الخبث بعد الانتهاء من كل ممرة، ويجب فحص المظهر بحثًا عن أي عيوب سطحية قبل الانتقال إلى الممر التالي. يجب أن تكون مواضع البداية والنهاية للطبقات المتجاورة متداخلة.

بالنسبة للحامات المركزة، يمكن استخدام طرق مثل اللحام التخطي أو اللحام المتماثل المجزأ أو اللحام المتماثل المجزأ أو اللحام المتدرج الخلفي لتقليل تشويه اللحام والسخونة الزائدة.

عندما اختراق كامل اللحام على الوجهين مطلوب، يجب تنظيف جذر اللحام. إذا كان تلاعب القوس الكربوني الهوائي لتنظيف الجذور، يجب طحنها بعجلة طحن حتى لا توجد أكاسيد أو طبقات كربيد. بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون للغاية أو عند وجود متطلبات محددة، يجب أن يتم تنظيف الجذور باستخدام طحن العجلة أو الطرق الميكانيكية.

يجب لحام اللحامات الملامسة للوسط في النهاية لمنع انخفاض مقاومة اللحام للتآكل.

يجب لحام اللحامات الملامسة للوسط في النهاية لمنع انخفاض مقاومة اللحام للتآكل.

3) المعالجة الحرارية لما بعد اللحام:

وبصفة عامة، لا يتطلب الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ والفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ معالجة حرارية بعد اللحام. ومع ذلك، إذا أصبحت الوصلة الملحومة متقشرة أو إذا كانت هناك حاجة إلى زيادة تحسين مقاومتها للتآكل، يمكن اختيار المعالجة بالمحلول أو معالجة التثبيت أو معالجة تخفيف الإجهاد حسب الحاجة.

4) تنظيف ما بعد اللحام:

يجب أن تخضع لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ للتخليل والتخميل. يهدف التخليل إلى إزالة قشور الأكسيد الموجودة على سطح اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة، بينما يهدف التخميل إلى إعادة تشكيل طبقة من طبقة أكسيد كثيفة عديمة اللون على السطح المخلل، مما يوفر مقاومة للتآكل.

4. لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي

(1) خصائص لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي:

في الوقت الحالي، يمكن تقسيم الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي إلى فولاذ مقاوم للصدأ حديدي عادي وفولاذ مقاوم للصدأ حديدي فائق النقاء. وتتمثل المشكلات الرئيسية في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي في تقليل اللدونة والصلابة في وصلة اللحام، والتقصف في المنطقة المتأثرة بالحرارة، والتآكل بين الخلايا الحبيبية في وصلة اللحام.

(2) طرق اللحام ومواد اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي:

يجب أن يستخدم لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي طرق لحام ذات مدخلات حرارية منخفضة، مثل اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز اللحام بقوس التنغستنأو اللحام بقوس البلازما. يجب أن يتبع اختيار مواد اللحام مبدأ مطابقة تركيب المعدن الأساسي. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام مواد اللحام الخاصة بالفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، مما يلغي الحاجة إلى التسخين المسبق قبل اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام.

(3) النقاط الرئيسية لعملية اللحام:

النقاط الرئيسية للحام الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي هي كما يلي:

1) التسخين المسبق:

درجة حرارة التسخين المسبق يجب أن تكون حوالي 100-200 درجة مئوية. والغرض من ذلك هو وضع المادة التي يتم لحامها في حالة أفضل من الصلابة وتقليل الإجهاد في وصلة اللحام. مع زيادة محتوى الكروم في الفولاذ، يجب أيضًا زيادة درجة حرارة التسخين المسبق وفقًا لذلك.

2) المعالجة الحرارية لما بعد اللحام:

بعد اللحام، يجب تلدين منطقة الوصلة عند درجة حرارة 750-800 درجة مئوية. وتسمح هذه المعالجة بالترسيب الكامل للكربون والنيتروجين المشبع، وتجديد الكروم في مناطق الكروم المستنفدة، لاستعادة مقاومته للتآكل. كما أنه يحسن من مرونة الوصلة الملحومة. من المهم ملاحظة أنه ينبغي تطبيق التبريد السريع بعد التلدين لمنع تكوّن هشاشة 475 درجة مئوية.

تتشابه متطلبات المعالجة الأخرى مع متطلبات المعالجة الأخرى للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ.

5. لحام الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ

(1) خصائص لحام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي:

يمكن تقسيم الفولاذ المارتنسيتي غير القابل للصدأ إلى فولاذ Cr13 المارتنسيتي غير القابل للصدأ، وفولاذ مارتنسيتي منخفض الكربون، وفولاذ مارتنسيتي فائق المارتنسيتي غير القابل للصدأ. ويميل الفولاذ المارتنسيتي غير القابل للصدأ المارتنسيتي الشائع إلى التصلب أثناء التبريد، وكلما زاد محتوى الكربون، زاد الميل إلى التصلب. ولذلك، فإن المشاكل الشائعة في لحام الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ هي التقصف في المنطقة المتأثرة بالحرارة والتشقق البارد.

(2) اختيار طرق اللحام:

طرق اللحام الشائعة مثل اللحام بالقوس المعدني المحمي واللحام بالقوس المعدني الغازي واللحام بالقوس التنغستن الغازي والقطب الكهربائي القابل للاستهلاك اللحام المحمي بالغازواللحام بقوس البلازما يمكن استخدامها جميعًا في لحام الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ. اللحام بالقوس المعدني المحمي هو الطريقة الأكثر استخدامًا.

(3) اختيار مواد اللحام:

بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي Cr13، تكون قابليته للحام ضعيفة بشكل عام. لذلك، إلى جانب استخدام مواد اللحام ذات التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية المماثلة للمعدن الأساسي، بالنسبة للفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ الذي يحتوي على نسبة عالية من الكربون، غالبًا ما تستخدم مواد اللحام من النوع الأوستنيتي لتحسين مرونة وصلابة وصلة اللحام ومنع حدوث شقوق اللحام. يمكن العثور على أقطاب اللحام الشائعة الاستخدام في الجدول 5-22.

الجدول 5-22: اختيار مواد اللحام، والتسخين المسبق، والمعالجة الحرارية بعد اللحام للفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ

(4) النقاط الرئيسية لعملية اللحام:

فيما يلي النقاط الرئيسية للحام الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ:

1) التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام:

تتراوح درجة حرارة التسخين المسبق عمومًا بين 100-350 درجة مئوية، وتزداد مع محتوى الكربون. بالنسبة لمفاصل اللحام ذات المحتوى الكربوني العالي أو التقييد العالي، يجب اتخاذ التدابير اللازمة للمعالجة الحرارية بعد اللحام قبل المعالجة الحرارية لمنع حدوث التشقق الناتج عن الهيدروجين. على سبيل المثال، عند لحام اللحام منخفض سبائك الصلب مع الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، يجب تطبيق تقنيات اللحام المناسبة. ارجع إلى الجدول 5-22 للاطلاع على التفاصيل.

2) المعالجة الحرارية لما بعد اللحام:

تشتمل المعالجة الحرارية لما بعد اللحام للفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ على التلطيف والتلدين الكامل. ولتحقيق أدنى صلابة، كما هو الحال بالنسبة للتشغيل الآلي اللاحق بعد اللحام، يمكن استخدام التلدين الكامل مع درجة حرارة تلدين تتراوح بين 830-880 درجة مئوية، مع الاحتفاظ بها لمدة ساعتين، يليها تبريد الفرن إلى 595 درجة مئوية ثم التبريد بالهواء.

تتراوح درجة حرارة التقسية بشكل عام بين 650-750 درجة مئوية، ويتم تحديد زمن التثبيت على أساس 2.4 دقيقة/ملم، مع حد أدنى لزمن التثبيت ساعة واحدة، يليها التبريد بالهواء. راجع الجدول 5-22 للحصول على أمثلة.

1. يقوم مصنع ماكينات كيميائية بإنتاج خزان قياس الفينول الخشبي.

المادة الرئيسية هي 0Cr18Ni9 من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الأوستنيتي بسُمك 8 مم. يتم لحام الدرزات الطولية والمحيطية لجسم الأسطوانة باستخدام اللحام بالقوس المعدني المحمي مع وصلات تناكبية وحواف مشطوفة على شكل حرف V بزوايا مستديرة. يمكن الاطلاع على عملية اللحام في الجدول 5-23.

بطاقة عملية اللحام للمفاصل			العدد
الرسم البياني المشترك	المادة الأساسية	0Cr18Ni9	0Cr18Ni9
	سُمك المادة الأساسية	8 مم	8 مم
	موضع اللحام	الوضع المسطح
	تقنية اللحام	خرزة مستقيمة
	درجة حرارة التسخين المسبق	درجة حرارة الغرفة
	درجة الحرارة البينية	≤100℃

معلمات مواصفات اللحام

2. للحام التناكبي لنفس فوهة المنتج، يستخدم اللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG). وهي عملية لحام من جانب واحد مع تشكيل على الوجهين. يمكن الاطلاع على عملية اللحام في الجدول 5-24.

الجدول 5-24: بطاقة عملية اللحام لوصلة لحام القوس الغازي الخامل بالتنغستن 0Crl8Ni9

بطاقة عملية اللحام للمفاصل			العدد
الرسم البياني المشترك	المادة الأساسية	0Cr18Ni9	0Cr18Ni9
	سُمك المادة الأساسية	3.5 مم	3.5 مم
	موضع اللحام	اللحام المسطح
	تقنية اللحام	حبة اللحام المستقيمة
	درجة حرارة التسخين المسبق	درجة حرارة الغرفة
	درجة الحرارة البينية	≤100℃
	قطر قطب التنجستن الكهربائي	Φ2.5 مم
	قطر الفوهة	Φ16 مم

معلمات مواصفات اللحام

3. تقوم شركة معينة بتصنيع خزان خلط بخار بمادة 00Cr17Ni14Mo2. تتطلب الوصلة الملحومة هيكلًا مخترقًا بالكامل. تتضمن عملية اللحام استخدام لحام القوس الغازي الخامل بالتنغستن لإغلاق القاع، ولحام القوس الكهربائي للتعبئة والتغطية. إنها عملية لحام أحادية الجانب وتشكيل مزدوج الجانب. للحصول على تفاصيل محددة، يرجى الرجوع إلى الوثائق المقدمة.

الجدول 5-25: بطاقة عملية اللحام لمفصل اللحام التناكبي 00Cr17Ni14Mo2

بطاقة عملية اللحام للمفاصل				العدد
الرسم البياني المشترك	المادة الأساسية	00Cr17Cr17Ni14Mo2		00Cr17Cr17Ni14Mo2
	سُمك المادة الأساسية	8 مم		8 مم
	موضع اللحام	اللحام المسطح
	تقنية اللحام	حبة اللحام المستقيمة
	درجة حرارة التسخين المسبق	درجة حرارة الغرفة
	درجة الحرارة البينية	≤150℃
	قطر قطب التنجستن الكهربائي	Φ2.5 مم	الغاز الواقي	ع
	قطر الفوهة	Φ16 مم	معدل تدفق الغاز (لتر/دقيقة)	8~10

معلمات مواصفات اللحام

4. يقوم مصنع لتصنيع المعدات الكيميائية بإنتاج برج تجديد الضغط بمادة 0Cr18Ni9. عملية اللحام المستخدمة هي اللحام بالقوس المغمور.

بطاقة عملية اللحام للمفاصل			العدد
الرسم البياني المشترك	المادة الأساسية	0Cr18Ni9	0Cr18Ni9
	سُمك المادة الأساسية	14 مم	14 مم
	موضع اللحام	اللحام المسطح
	تقنية اللحام	حبة اللحام المستقيمة
	درجة حرارة التسخين المسبق	درجة حرارة الغرفة
	درجة الحرارة البينية	≤150℃

معلمات مواصفات اللحام

2. لحام الفولاذ المقاوم للحرارة

الفولاذ المقاوم للحرارة عبارة عن سبيكة من الحديد تُظهر قوة حرارية ممتازة ومقاومة ممتازة للأكسدة ومقاومة للتآكل في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

يمكن تصنيف الفولاذ المقاوم للحرارة إلى فولاذ مقاوم للحرارة منخفض السبائك ومتوسط السبائك وعالي السبائك على أساس الجزء الكتلي من عناصر السبائك. يُشار إلى الفولاذ المقاوم للحرارة الذي يحتوي على جزء كتلي إجمالي من عناصر السبائك أقل من 5% بالفولاذ المقاوم للحرارة منخفض السبائك، والذي يشمل الفولاذ المقاوم للحرارة الحديدي والفولاذ المقاوم للحرارة البينيتي.

يُعرف الفولاذ المقاوم للحرارة الذي يتراوح إجمالي كتلته من عناصر السبائك بين 6% و12% بالفولاذ المقاوم للحرارة متوسط السبائك. تُصنَّف سبائك الفولاذ التي تحتوي على جزء كتلي إجمالي من عناصر السبائك أعلى من 13% على أنها فولاذ مقاوم للحرارة عالية السبائك.

يُستخدم الفولاذ المقاوم للحرارة على نطاق واسع في محطات الطاقة الحرارية التقليدية، ومحطات الطاقة النووية، ومعدات تكرير البترول، ووحدات التكسير الهيدروجيني المائي، والحاويات الكيميائية الاصطناعية، وأدوات الفضاء الجوي، وغيرها من معدات المعالجة ذات درجة الحرارة العالية. ومن بين هذه المعدات، يشيع استخدام الفولاذ المقاوم للحرارة منخفض السبائك بشكل خاص.

1. المتطلبات الأساسية لأداء اللحام للوصلات الفولاذية المقاومة للحرارة

تعتمد المتطلبات الأساسية لأداء اللحام للوصلات الفولاذية المقاومة للحرارة على ظروف تشغيل المعدات وعملية التصنيع ومدى تعقيد الهيكل الملحوم.

من أجل ضمان التشغيل الآمن طويل الأجل للهيكل الملحوم الفولاذي المقاوم للحرارة تحت درجات الحرارة العالية والضغط العالي والوسائط المعقدة المختلفة، يجب أن يفي أداء الوصلات الملحومة بالمتطلبات التالية:

(1) القوة والليونة المتكافئة للمفصل: يجب ألا تكون الوصلات الملحومة الفولاذية المقاومة للحرارة ذات قوة مماثلة لحرارة الغرفة وقوة قصيرة الأجل للمعدن الأساسي فحسب، بل يجب أن تكون لها أيضًا قوة مماثلة على المدى الطويل في درجات الحرارة العالية.

(2) مقاومة الهيدروجين ومقاومة الأكسدة للمفصل: يجب أن تتمتع الوصلات الملحومة الفولاذية المقاومة للحرارة بمقاومة هيدروجين ومقاومة أكسدة في درجات الحرارة العالية مماثلة لمقاومة المعدن الأساسي. ولتحقيق ذلك، يجب أن يكون الجزء الكتلي من عناصر السبائك في معدن اللحام مماثلاً لكتلة المعدن الأساسي.

(3) استقرار البنية المجهرية للمفاصل: تخضع الوصلات الملحومة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للحرارة، وخاصة الوصلات ذات الجدران السميكة، لمعالجات حرارية مطولة ومتكررة أثناء عملية التصنيع. أثناء التشغيل، تتعرض لظروف درجة حرارة عالية وضغط عالٍ على المدى الطويل. لضمان استقرار أداء الوصلة، يجب ألا تخضع البنية المجهرية لكل منطقة من الوصلة لتغيرات كبيرة قد تؤدي إلى التقصف أو التليين.

(4) مقاومة الكسر الهش: على الرغم من أن الهياكل الملحومة المصنوعة من الصلب المقاوم للحرارة تعمل في درجات حرارة عالية، إلا أنه بالنسبة لأوعية الضغط وخطوط الأنابيب، عادةً ما يتم إجراء الفحص النهائي في درجة حرارة الغرفة باستخدام اختبار ضغط هيدروليكي أو هوائي عند 1.5 مرة من ضغط التشغيل. قبل التشغيل التجريبي أو بعد الصيانة، تخضع معدات الضغط العالي الحرارة لعملية بدء التشغيل على البارد. لذلك، يجب أن تتمتع الوصلات الملحومة الفولاذية المقاومة للحرارة بمقاومة معينة للكسر الهش.

(5) التجانس الفيزيائي لمفاصل الفولاذ المقاوم للحرارة المنخفضة السبائك: يجب أن يكون للوصلات الملحومة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للحرارة منخفضة السبائك خواص فيزيائية مماثلة بشكل أساسي للمعدن الأساسي. يحدد معامل التمدد الحراري والتوصيل الحراري لمادة الوصلة مباشرةً الإجهاد الحراري على الوصلة أثناء التشغيل في درجات الحرارة العالية. يمكن أن يكون للإجهاد الحراري المفرط تأثير ضار على عمر الوصلة.

2. لحام سبائك الفولاذ المقاوم للحرارة المتوسطة والمنخفضة السبائك

(1) خصائص لحام الفولاذ المقاوم للحرارة المتوسطة والمنخفضة السبائك: سبائك الفولاذ المقاوم للحرارة المتوسطة والمنخفضة السبائك هي نوع من سبائك الفولاذ المكونة في المقام الأول من Cr-Mo كعناصر السبائك الرئيسية.

تتميز عملية اللحام الخاصة بهم بالخصائص التالية:

أولاً، يتميز هذا الفولاذ بدرجات متفاوتة من الصلابة بناءً على محتواه من السبائك، وقد يشكل معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة بنى مجهرية حساسة للتشقق البارد.

وثانيًا، تحتوي معظم أنواع الفولاذ المقاوم للحرارة على عناصر مثل Cr وMo وV وNb وTi، والتي تشكل كربيدات قوية، مما يؤدي إلى درجات متفاوتة من القابلية للتشقق الناتج عن إعادة التسخين (المعروف أيضًا باسم التشقق الناتج عن تخفيف الإجهاد) في المنطقة المتأثرة بالحرارة.

وأخيرًا، قد تظهر بعض الوصلات الملحومة المصنوعة من الصلب المقاوم للحرارة هشاشة في المزاج عندما يتجاوز المحتوى الكلي للعناصر المتبقية الضارة الحد المسموح به.

1) صلابة الفولاذ القابل للتبريد وقابليته للتشقق على البارد:

تعتمد صلابة الفولاذ القابل للتبريد على محتواه من الكربون وعناصر السبائك وكميات كل منها. وتعزز عناصر السبائك الرئيسية في الفولاذ المقاوم للحرارة منخفض السبائك، مثل الكروم والموليبدينوم، صلابة الفولاذ بشكل كبير.

إذا كان معدل التبريد أثناء اللحام سريعًا جدًا، فإن البنى المجهرية الحساسة مثل مارتينسايت والباينيت العلوي، المعرضان للتشقق البارد، قد يتشكلان في اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة. وكلما زاد محتوى الكروم وكلما زاد معدل التبريد، زادت الصلابة القصوى للمفصل، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في القابلية للتشقق البارد.

2) ميل التشقق الناتج عن إعادة التسخين (التخلص من التشقق الإجهادي):

يعتمد التشقق الناتج عن إعادة تسخين وصلات اللحام الفولاذية المقاومة للحرارة منخفضة السبائك بشكل أساسي على خصائص ومحتوى العناصر المكونة للكربيد في الفولاذ، وكذلك مدخلات حرارة اللحام.

لمنع تكوّن التشققات الناتجة عن إعادة التسخين، يمكن اتخاذ التدابير المعدنية والعملية التالية:

تحكم بصرامة في تركيبة السبيكة في المادة الأساسية ومواد اللحام التي تؤدي إلى تفاقم التشقق الناتج عن إعادة التسخين. محتوى عناصر السبائك مثل V، وTi، وNb يجب التحكم فيها ضمن أقل نطاق مسموح به مع ضمان القوة الحرارية للصلب.

اختر مواد حشو اللحام ذات مرونة أعلى في درجات الحرارة العالية من المواد الأساسية.

قم بزيادة درجة حرارة التسخين المسبق ودرجة الحرارة البينية بشكل صحيح.

اعتماد طرق وعمليات اللحام ذات المدخلات الحرارية المنخفضة لتضييق عرض المنطقة شديدة السخونة لمفصل اللحام وتقييد نمو الحبيبات.

اختر مواصفات المعالجة الحرارية المناسبة لتقليل وقت العزل في نطاق درجة الحرارة الحساسة.

صمم شكل المفصل بطريقة معقولة لتقليل قيود المفصل.

3) تقسية الهشاشة:

يُطلق على ظاهرة التقصف التدريجي التي تحدث في فولاذ الكروم والموليبدينوم والمفاصل الملحومة أثناء التشغيل طويل الأجل في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 370-565 درجة مئوية هشاشة التقسية.

ويُعزى هذا التقصف إلى الفصل المنتشر للعناصر النزرة مثل P، وAs، وSb، وSb، وSn على طول حدود الحبيبات في الفولاذ. لتقليل ميل هشاشة التقسية في معدن اللحام من فولاذ Cr-Mo، فإن الإجراء الأكثر فعالية هو تقليل محتوى O و Si و P في معدن اللحام.

4) التليين في المنطقة المتأثرة بالحرارة:

بعد مروي ومخفف الفولاذ الملحوم، توجد مشكلة تليين في المنطقة المتأثرة بالحرارة في وصلة اللحام. وترتبط درجة التليين في الفولاذ المقاوم للحرارة منخفض السبائك بالبنية المجهرية قبل اللحام للمادة الأساسية، ومعدل تبريد اللحام، والمعالجة الحرارية بعد اللحام.

1) اختيار طرق اللحام:

في الوقت الحالي، تُستخدم طرق اللحام التالية على نطاق واسع في إنتاج الهياكل الفولاذية الملحومة المقاومة للحرارة: اللحام بالقوس المعدني المحمي واللحام بغاز التنغستن الخامل واللحام بالقوس المغمور واللحام المحمي بالغاز القابل للاستهلاك واللحام بالخبث الكهربائي.

يتم تطبيق اللحام بالقوس المعدني المحمي بالقوس المعدني، نظرًا لقدرته على المناورة والمرونة والقدرة على إجراء اللحام في جميع المواضع، على نطاق واسع في لحام الهياكل الفولاذية المقاومة للحرارة منخفضة السبائك. تم تضمين مختلف أقطاب الصلب المقاوم للحرارة منخفضة السبائك في المعايير الوطنية.

لضمان صلابة معدن اللحام وتقليل الميل إلى التشقق، يتم لحام معظم أنواع الفولاذ المقاوم للحرارة منخفضة السبائك باستخدام أقطاب هيدروجين منخفضة القاعدة.

ومع ذلك، بالنسبة للألواح الرقيقة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للحرارة منخفضة السبائك ذات المحتوى المنخفض من السبائك، يمكن أيضًا استخدام أقطاب حمضية عالية السليلوز أو عالية أكسيد التيتانيوم لتحسين قابلية التكيف مع العملية.

تم استخدام اللحام بالقوس المغمور على نطاق واسع في لحام أوعية الضغط وخطوط الأنابيب والآلات الثقيلة والهياكل الفولاذية والمسبوكات الكبيرة ودوارات التوربينات البخارية نظرًا لكفاءة الترسيب العالية وجودة اللحام الجيدة.

وتتوفر حاليًا أسلاك لحام وتدفقات متوافقة مع مختلف أنواع الفولاذ المقاوم للحرارة، بما في ذلك أسلاك عالية النقاء وتدفقات ملبدة للأوعية الخاصة ذات الجدران السميكة التي تتطلب مقاومة هشاشة التقسية.

يتميز اللحام بغاز التنجستن الخامل (TIG) بمحتوى منخفض من الهيدروجين، وقدرة قوية على التكيف مع العملية، والقدرة على تحقيق اللحام أحادي الجانب مع تشكيل مزدوج الجانب. ويستخدم في الغالب في لحام الممر الجذري لأنابيب الصلب المقاوم للحرارة منخفضة السبائك أو لحام الأنابيب ذات الجدران الرقيقة ذات القطر الصغير.

يُعد اللحام بالقوس المعدني الغازي (GMAW) طريقة لحام فعالة وعالية الجودة وفعالة من حيث التكلفة. يوجد حاليًا أنواع ومواصفات مجهزة بالكامل من أسلاك الفولاذ الصلب منخفضة المقاومة للحرارة والمجهزة تجهيزًا كاملًا والتي تلبي المتطلبات القياسية.

يوفر اللحام المحمي بغاز السلك ذو السلك المتدفق كفاءة ترسيب أعلى مقارنة باللحام العادي المحمي بغاز السلك الصلب. كما أنه يتميز أيضًا بقابلية تشغيل ممتازة وأقل قدر من الترشيش وينتج طبقات لحام مبهجة من الناحية الجمالية.

2) اختيار مواد اللحام:

إن مبدأ اختيار مواد اللحام للصلب المقاوم للحرارة منخفض السبائك هو التأكد من أن تركيبة السبيكة وأداء قوة معدن اللحام متوافقان بشكل عام مع المادة الأساسية. إذا كان المكوّن الملحوم يتطلب التلدين أو التطبيع أو التشكيل على الساخن بعد اللحام، فيجب اختيار مواد اللحام ذات تركيبة سبيكة ومستوى قوة أعلى.

لتحسين مقاومة معدن اللحام للتشقق، عادةً ما يتم التحكم في محتوى الكربون في مادة اللحام ليكون أقل من المحتوى الكربوني لـ المادة الأساسية. يقدم الجدول 5-27 بعض الأمثلة على اختيار مواد اللحام للصلب المقاوم للحرارة منخفض السبائك.

الجدول 5-27: أمثلة على اللحام اختيار المواد للصلب المقاوم للحرارة المنخفضة السبائك

3) النقاط الرئيسية لعملية اللحام.

بالنسبة للحامات الفولاذ المقاوم للحرارة منخفضة السبائك العامة، يمكن استخدام طرق القطع الحراري المختلفة لإعداد المواد والشطف. من أجل منع التشقق عند حافة الصفيحة السميكة أثناء القطع الحراري، يجب اتخاذ تدابير العملية التالية:

أ) بالنسبة لأنواع الفولاذ 2.25Cr-Mo، و3Cr-1Mo، و1.25Cr-0.5Mo ذات السماكة التي تزيد عن 15 مم، يجب تسخين الحافة في نطاق 200 مم إلى درجة حرارة أعلى من 150 درجة مئوية قبل القطع الحراري. وينبغي تشكيل حافة القطع الحراري وفحصها بحثًا عن شقوق السطح باستخدام اختبار الجسيمات المغناطيسية.

ب) بالنسبة لألواح الفولاذ 1.25Cr-0.5Mo الأقل من 15 مم وألواح الفولاذ 0.5Mo الأعلى من 15 مم، يجب إجراء التسخين المسبق إلى درجة حرارة أعلى من 100 درجة مئوية قبل القطع الحراري. وينبغي تشكيل حافة القطع الحراري وفحصها بحثًا عن أي تشققات سطحية باستخدام اختبار الجسيمات المغناطيسية.

ج) بالنسبة لألواح الصلب 0.5Mo التي يقل قطرها عن 15 مم، لا يلزم التسخين المسبق قبل القطع الحراري. يُفضّل استخدام آلة القطع الحراري.

يجب تنظيف حافة القطع الحراري أو السطح المائل جيدًا من خبث القطع الحراري وقشور الأكسيد قبل اللحام. يجب تنعيم الشقوق الموجودة على سطح القطع عن طريق الطحن بعجلة الطحن، ويجب إزالة أي بقع زيتية أو أوساخ على الحواف المشكّلة أو الأسطح المائلة قبل اللحام. بالنسبة للحامات التي تتطلب جودة لحام عالية، يوصى بتنظيف السطح المائل بالأسيتون قبل اللحام.

يجب أن تخضع مواد اللحام للمعالجة المسبقة المناسبة قبل الاستخدام. بالنسبة للحام بالقوس المغمور، فإن صدأ السطح يجب إزالة الزيت الوقائي بالكامل من سلك اللحام.

يجب أيضًا تنظيف سطح سلك اللحام المطلي بالنحاس بعناية من الغبار والأوساخ. وينبغي تجفيف أقطاب اللحام الخاصة باللحام بالقوس المعدني المحمي والتدفق الخاص باللحام بالقوس المغمور، إلى جانب تخزينها بشكل صحيح، وفقاً لمواصفات إجراء اللحام قبل الاستخدام.

وبوجه عام، تكون درجة حرارة التجفيف للأقطاب الكهربائية الحمضية 150-200 درجة مئوية، مع فترة تثبيت تتراوح من ساعة إلى ساعتين. وتبلغ درجة حرارة التجفيف للأقطاب القلوية 350-400 درجة مئوية، مع وقت احتجاز من ساعة إلى ساعتين. وتبلغ درجة حرارة التجفيف لتدفق اللحام بالقوس المغمور 400-450 درجة مئوية، مع زمن احتجاز من 2-3 ساعات، بينما تبلغ درجة حرارة التجفيف للتدفق المتكتل 300-350 درجة مئوية، مع زمن احتجاز من 2-3 ساعات.

يُعد التسخين المسبق أحد التدابير الفعالة لمنع التشقق البارد والتشقق الناتج عن إعادة التسخين في الوصلات الملحومة من الفولاذ المقاوم للحرارة منخفضة السبائك. يتم تحديد درجة حرارة التسخين المسبق بشكل أساسي على أساس المكافئ الكربوني للفولاذ، وضبط الوصلة ومحتوى الهيدروجين في معدن اللحام. بالنسبة للصلب المقاوم للحرارة منخفض السبائك، لا تكون درجة حرارة التسخين المسبق الأعلى أفضل بالضرورة. تتراوح درجة حرارة التسخين المسبق عمومًا بين 100-150 درجة مئوية.

بالنسبة للمكونات الملحومة الكبيرة، يجب إيلاء اهتمام خاص للتأكد من أن عرض منطقة التسخين المسبق أكبر من 4 أضعاف سمك الجدار الملحوم، ولا يقل عن 150 مم على الأقل. يجب أن تصل الأسطح الداخلية والخارجية لمنطقة التسخين المسبق إلى درجة حرارة التسخين المسبق المحددة.

ومع ذلك، في لحام المكونات الكبيرة، إذا تم استخدام التسخين المسبق باللهب والمعالجة الحرارية بعد اللحام، فهناك خطر أكبر لحدوث تشقق في الوصلة خلال الفترة بين اكتمال اللحام وتحميل الفرن.

ولمنع التشقق في اللحام قبل المعالجة الحرارية بعد اللحام، فإن الإجراء البسيط والموثوق به هو إخضاع الوصلة لمعالجة حرارية منخفضة الحرارة بعد اللحام لمدة 2-3 ساعات. وتعتمد درجة حرارة المعالجة الحرارية لما بعد اللحام على درجة الفولاذ وسماكته، وتتراوح عمومًا بين 250-300 درجة مئوية.

بالنسبة لعمليات لحام الفولاذ المقاوم للحرارة منخفضة السبائك، يمكن إجراء معالجات ما بعد اللحام التالية وفقًا لمتطلبات الفولاذ وأداء الوصلة:

بالنسبة لعمليات لحام الفولاذ المقاوم للحرارة منخفضة السبائك، يمكن إجراء معالجات ما بعد اللحام التالية وفقًا لمتطلبات الفولاذ وأداء الوصلة:

أ) لا يلزم إجراء معالجة حرارية بعد اللحام.

ب) التقسية أو المعالجة الحرارية للتخفيف من الإجهاد في نطاق درجة حرارة 580-760 درجة مئوية.

ج) تطبيع العلاج.

بالنسبة للصلب المقاوم للحرارة منخفض السبائك، فإن الغرض من المعالجة الحرارية بعد اللحام ليس فقط التخلص من إجهاد اللحام المتبقي ولكن أيضًا لتحسين الهيكل المعدني وتعزيز الخواص الميكانيكية الشاملة للمفصل. ويشمل ذلك تقليل صلابة اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة، وتحسين قوة الزحف في درجات الحرارة العالية والاستقرار الهيكلي للمفصلة، وما إلى ذلك.

(3) عملية اللحام للصلب المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة

عند لحام الفولاذ المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة، يجب الانتباه إلى الجوانب التالية:

1) اختيار طرق اللحام.

يتميز الفولاذ المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة بميل أعلى للتصلب والتشقق. عند اختيار طرق اللحام، يجب إعطاء الأولوية لطرق اللحام منخفضة الهيدروجين، مثل اللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG) واللحام بالقوس المحمي بالغاز القابل للاستهلاك. عند لحام الوصلات سميكة الجدران، إذا تم اختيار اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW) أو اللحام بالقوس المغمور (SAW)، يجب استخدام أقطاب كهربائية قلوية منخفضة الهيدروجين والتدفق.

2) اختيار مواد اللحام.

بالنسبة للفولاذ المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة، ومواد اللحام الأوستنيتي النيكلية الأوستنيتي عالية الكروم، والمعروفة أيضًا باسم اللحام غير المتماثل يمكن استخدامها، أو يمكن اختيار مواد لحام ذات تركيبة سبيكة مماثلة للمعدن الأساسي. لم يتم بعد توحيد اختيار مواد اللحام للصلب المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة في الصين بشكل كامل. وترد في الجدول 5-28 أمثلة على اختيار مواد اللحام.

الجدول 5-28: أمثلة على اختيار مواد اللحام للفولاذ المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة المقاومة للحرارة

3) النقاط الرئيسية لعملية اللحام.

قبل القطع الحراري للفولاذ المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة، يجب تسخين حافة القطع في حدود عرض 200 مم إلى درجة حرارة أعلى من 150 درجة مئوية. يجب فحص سطح القطع بحثاً عن أي تشققات باستخدام اختبار الجسيمات المغناطيسية (MT).

بعد تشغيل شطبة اللحام آليًا، يجب إزالة الطبقة المقواة بالقطع الحراري على سطح الشطبة تمامًا، وقد يكون اختبار صلابة السطح ضروريًا لتحديدها.

يعتبر التسخين المسبق إجراءً فعالاً لمنع التشقق وتقليل الصلابة وتحسين الصلابة أثناء لحام الفولاذ المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة. درجة الحرارة العامة للتسخين المسبق هي 200-250 درجة مئوية.

إن الغرض من المعالجة الحرارية بعد اللحام للفولاذ المقاوم للحرارة من السبائك المتوسطة المقاومة للحرارة هو تحسين البنية المجهرية لمعدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة، وتحويل المارتينسيت المروي إلى مارتينسيت مقسّى، وتقليل صلابة المناطق المختلفة في الوصلة، وتعزيز صلابتها وقدرتها على التشوه وقوة التحمل في درجات الحرارة العالية، وإزالة الضغوط الداخلية.

تشتمل المعالجات الحرارية الشائعة بعد اللحام لسبائك الصلب المقاوم للحرارة المتوسطة على التلدين الكامل أو التلطيف بدرجة حرارة عالية أو التلطيف بالإضافة إلى التلدين المتساوي الحرارة.

3. لحام الفولاذ المقاوم للحرارة العالية السبائك.

(1) خصائص لحام الفولاذ المقاوم للحرارة عالية السبائك. يمكن تصنيف الفولاذ المقاوم للحرارة عالية السبيكة إلى أربعة أنواع بناءً على بنيتها المجهرية: الأوستنيتي والحديدي والمارتنسيتي والمشتت المتصلب. يتميز الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للحرارة بخصائص لحام مماثلة للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ.

يعاني الفولاذ المقاوم للحرارة الفريتي من انخفاض اللدونة والصلابة تحت تأثير التدوير الحراري للحام، ولتحسين قابليته للحام، يجب تقليل محتوى الكربون (C) والنيتروجين (N) والأكسجين (O)، وإضافة كميات مناسبة من العناصر المكونة للفريت. يُظهر الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للحرارة قابلية لحام ضعيفة.

(2) عملية اللحام للفولاذ المقاوم للحرارة عالي السبيكة. يتمتع الفولاذ المقاوم للحرارة الأوستنيتي بقابلية لحام جيدة، وعملية اللحام الخاصة به هي في الأساس نفس عملية لحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ.

يمكن لحام الفولاذ الحديدي المقاوم للحرارة باستخدام اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW)، واللحام المحمي بالغاز، واللحام بالقوس المغمور (SAW)، واللحام بالقوس البلازما، إلخ. عند استخدام مواد لحام متجانسة، خاصةً مع ضبط النفس العالي، تكون عرضة للتشقق. لمنع التشقق وتحسين ليونة المفصل، يمكن اتخاذ بعض التدابير العملية. يوصى بالتسخين المسبق، حيث تتراوح درجات حرارة التسخين المسبق من 100 إلى 150 درجة مئوية.

بالنسبة للفولاذ الذي يحتوي على نسبة أعلى من الكروم، يمكن أن تصل درجة حرارة التسخين المسبق إلى 200 إلى 300 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، يجب استخدام مدخلات حرارة لحام أقل، وتقليل الحركة الجانبية للقطب الكهربائي، والتحكم في درجة الحرارة البينية ضمن نطاق درجة حرارة التسخين المسبق. يمكن تطبيق معالجة التلدين بعد اللحام وفقًا لذلك.

بالنسبة للفولاذ المارتنسيتي المقاوم للحرارة، يمكن استخدام طرق اللحام مثل اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW) واللحام المحمي بالغاز. الهدف الرئيسي أثناء اللحام هو تجنب تكوين الشقوق الباردة.

يمكن اتخاذ تدابير مثل التسخين المسبق قبل اللحام، والمعالجة الحرارية بعد اللحام، والتلطيف الفوري بدرجة حرارة عالية بعد اللحام. تتراوح درجة حرارة التسخين المسبق العامة من 200 إلى 320 درجة مئوية. يوصى باستخدام مواد اللحام منخفضة الهيدروجين، وتشمل المعالجة الحرارية بعد اللحام التقسية والتلدين الكامل.

3. أمثلة لحام نموذجية لأنواع الفولاذ المقاوم للحرارة الشائعة

1. المادة الرئيسية لجسم سخان بخار التغذية، المصنعة من قبل مصنع معين، هي صفيحة فولاذية 15CrMoR بسمك 34 مم. يتم إجراء لحام الوصلة عن طريق اللحام بالقوس المغمور، مع أخدود على شكل X، والتسخين المسبق عند 150 ℃ قبل اللحام، والمعالجة الحرارية بعد اللحام عند 300-350 ℃ لمدة ساعتين. عملية اللحام موضحة في الجدول 5-29.

بطاقة عملية اللحام للمفاصل			العدد
رسم تخطيطي مبسط للمفصل	المادة الأساسية	15CrMoRR	15CrMoRR
	سُمك المادة الأساسية	34 مم	34 مم
	موضع اللحام	اللحام المسطح
	تقنية اللحام	حبة لحام مستقيمة
	درجة حرارة التسخين المسبق	150℃
	درجة الحرارة البينية	150~250℃
	المعالجة الحرارية لما بعد اللحام	680℃, 1.5h
	معالجة ما بعد التسخين	300~350℃, 2h

معلمات مواصفات اللحام

2. بالنسبة للحام التناكبي بين الشفة ذات القطر العالي ووصلة الأنبوب، تتضمن عملية اللحام مزيجًا من اللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG) واللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW)، مع لحام أحادي الجانب وتشكيل مزدوج الجانب. يتم إجراء التسخين المسبق عند درجة حرارة 150 درجة مئوية، يليه التلدين لتخفيف الضغط بعد اللحام. عملية اللحام مفصلة في الجدول 5-30.

بطاقة عملية اللحام للمفاصل				العدد
رسم تخطيطي مبسط للمفصل	المواد الأساسية	15CrMo		15CrMo
	سُمك المادة الأساسية	7 مم		7 مم
	موضع اللحام	اللحام المسطح
	تقنية اللحام	حبة لحام مستقيمة، لحام متعدد الممرات
	درجة حرارة التسخين المسبق	150℃	درجة الحرارة البينية	150~250℃
	معالجة ما بعد التسخين	300~350℃，2h	المعالجة الحرارية لما بعد اللحام	620℃，1h
	قطر قطب التنجستن الكهربائي	Φ2.5 مم	الغاز الواقي	ع
	قطر الفوهة	Φم6 مم	معدل تدفق الغاز	الجانب الأمامي: 8 ~ 10 لتر/دقيقة الجانب الخلفي: 8 ~ 10 لتر/دقيقة

معلمات مواصفات اللحام