جوشکاری فولاد پرآلیاژ منگنزدار

Austenitic Mn Steels Weldability

فولادهای آستنیتی پر منگنز، از دسته فولادهای آلیاژی پرآلیاژ به حساب می آیند که معروفترین آنها، به عنوان مهم ترین فولاد مورد استفاده در صنایع راه آهن با عنوان فولاد هادفیلد (Hadfield) شناخته شده که بسیار چقرمه و غیرمغناطیسی است. این فولادها با استحکام بالا، انعطاف پذیری خوب و مقاوم در برابر سایش عالی شهرت بسیاری در صنایع گوناگون به دست آورده و به صورتهای مختلف ریختگی، ورق، سیم، میله، و غیره عرضه می شود. قطعات ریخته شده یا نورد شده این فولادها، غالبا” به صورت کویینچ شده به کار میروند. درصد کربن این فولادها معمولا” 1تا1/4، و درصد منگنز آن 10 تا 14 درصد است. منگنز، عنصری گاماژن بوده و سبب پایداری آستنیت میگردد. بر عکس دیگر فولادها، در اثر سریع سرد شدن یا کویینچ نمودن در آب، چقرمگی اینگونه فولادها به شدت افزایش یافته اما در حرارت مجدد یا تمپر کردن، ترد می شوند.از طرف دیگر، این فولادها شدیدا” تحت کار سرد سخت میشوند. اگر قطعه ای که تحت کارسرد قرار گرفته مجددا” حرارت داده شود، ترد شدن آن خیلی سریع اتفاق می افتد، چون جوانه های بیشتری برای بروز استحاله فازی وجود دارد. لایه سخت شده کاملا” سطحی است و در هنگام جوشکاری و در زمان برقراری قوس الکتریکی، ذوب می شود اما در شرایطی که از اتصال، کیفیت ویژه ای انتظار رود باید قشر کار سخت شده را با دقت سنگ زده یا ماشینکاری نمود.

ضریب انبساط حرارتی فولادهای آستنیتی منگنزدار، شبیه فولادهای آستنیتی کرم نیکل دار بوده و تقریبا” یک و نیم برابر فولادهای فریتی است، که خود مشکلاتی را از نظر تنشهای حرارتی و انقباضی در حین گرم و سرد شدن به وجود می آورند. خواص مکانیکی این گروه فولادها، بین 204تا45- درجه سانتیگراد عالی است و به طور کلی مقاومت به سایش بسیار خوبی دارد، اما برای دماهای بین 870تا260 درجه سانتیگراد پایدار نمی باشد. یکی دیگر از خواص مهم فولادهای آستنیتی پر منگنز، این است که در برابر ضربه های مکرر، سختی چقر مگی آن افزایش می یابد. بنابراین مهم ترین کاربرد فولاد هادفیلد، استفاده در ساخت ریلهای راه آهن، ناخن بیلهای مکانیکی، ناخن لودر، پاکت دامپراک ماشین آلات معادن و … است. عامل اصلی ایجاد این خاصیت استثنایی در فولادهای هادفیلد، وجود بیش از 14 درصد منگنز است که مانع بروز پدیده سرخ شکنندگی در این فولاد میگردد. مهمترین این فولادها مانند:

فولاد آستنیتی نگیر=شماره استاندارد DIN1.3802 و استاندارد DIN:X120 Mn13
شماره استاندارد DIN 1.3805 استاندارد DIN X 35 Mn 18
شماره استاندارد DIN 1.3401 استاندارد DIN 120 Mn 12

سنگ شکن

با در نظر گرفتن مطالب گفته شده، توجه به نکات زیر برای جوشکاری این فولادها توصیه می گردد:

1-از آنجایی که حرارت دادن مجدد فولاد هادفیلد باعث کاهش خواص مکانیکی و به خصوص چقرمگی آن می شود، بنابراین استفاده از روش های جوشکاری گازی و شعله ای، به دلیل تناوب طولانی انتقال حرارت، برای جوشکاری این فولاد مناسب نیست و فقط روش های جوشکاری با قوس الکتریکی توصیه میشود.

2-به هیچ وجه نباید فولاد را قبل از جوشکاری پیش گرم نمود. فقط برای چربی زدایی با استفاده از روشهای حرارتی، میتوان حداکثر تا 100 الی 150 درجه سانتیگراد قطعه را گرم کرد.

3-به هیچ وجه نباید فولاد جوشکاری شده را پس از اتمام جوشکاری، پس گرمایی نمود.

4-باید از الکترودهای منگنزدار با بیش از 14درصد منگنز و حداکثر 0/025 درصد فسفر به خصوص الکترود SFA 5.13: EFeMn-A یا DIN 8555:E7-200K استفاده کرد؛ در موارد خواص که الکترود مذکور در دسترس نباشد، با رعایت کلیه اصول جوشکاری می توان از الکترود SFA 5.1: E308L-15 نیز کمک گرفت. همچنین به کار گیری الکترودهای (1.4370) DIN:E18 8 Mn6 و (1.4337) DIN E29 نیز برای جوشکاری انواع پرکربن فولادهای پرآلیاژ منگنزدار و نیز الکترود E 307-25 معادل DIN 8556: E18 8Mn B36160 یا E312-17 معادل DIN8556:E29 9 R23 نیز توصیه می شود.

5-قراردادن الکترود در جای خشک، و گرم کردن آن قبل از استفاده مناسب است.

6-رعایت نکات و دستورات سازنده الکترود در مورد قطب و نوع جریان الکتریکی مصرفی ضروریست.

7-اصلاح و تمیزکاری سطح محل جوشکاری از هر گونه آلودگی، چربی و مواد اضافی و حتی ناصافی قبل از جوشکاری لازم می باشد.

8-انواع عیوب انقباضی اعم از خلل و فرج یا ترکها باید قبل از جوشکاری ترمیم شود زیرا بعد از جوشکاری امکان پسگرمایی وجود ندارد.

9-پس از جوشکاری، چکش کاری (Peening) پی درپی در نواحی 2و4 ناحیه HAZ در حالتی که رنگ جوش هنوز نارنجی یا زرشکی است (به دلیل تاثیری که روی کاهش تنش های داخلی فولاد میگذارد) ضروریست.

10-باید سعی نمود که حداقل حرارت ورودی به فلز مبنا وارد شود.

حرارت ورودی به فلز پایه از رابطه زیر قابل اندازه گیری است:
H=V*R\S

درجه حرارت منطقه HAZ پس از گذشت یک دقیقه از جوشکاری، نباید از 320 درجه سانتیگراد تجاوز کند.

منبع: کانال تکنولوژی جوشکاری