لحام الفولاذ المقاوم للصدأ

لحام الفولاذ المقاوم للصدأ

1. قابلية اللحام

المشكلة الرئيسية في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ هي أن طبقة الأكسيد على السطح تؤثر بشكل خطير على تبليل اللحام وانتشاره. تحتوي أنواع مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ على كمية كبيرة من الكروم، وبعضها يحتوي أيضًا على النيكل والتيتانيوم والمنغنيز والموليبدينوم والنيوبيوم وعناصر أخرى، والتي يمكن أن تشكل مجموعة متنوعة من الأكاسيد أو حتى أكاسيد مركبة على السطح. من بين هذه الأكاسيد، أكاسيد Cr2O3 وTiO2 من الكروم والتيتانيوم مستقرة تمامًا ويصعب إزالتها. عند اللحام في الهواء، يجب استخدام تدفق نشط لإزالتها؛ عند اللحام في جو واقٍ، لا يمكن تقليل طبقة الأكسيد إلا في جو عالي النقاء مع نقطة ندى منخفضة ودرجة حرارة عالية بما يكفي؛ في اللحام الفراغي، من الضروري وجود فراغ كافٍ ودرجة حرارة كافية لتحقيق تأثير لحام جيد.

من مشاكل لحام الفولاذ المقاوم للصدأ أن درجة حرارة التسخين لها تأثير خطير على بنية المعدن الأساسي. يجب ألا تزيد درجة حرارة تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عن 1150 درجة مئوية، وإلا سينمو الحبيبات بشكل خطير؛ إذا كان الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لا يحتوي على عنصر مستقر من Ti أو Nb ويحتوي على نسبة عالية من الكربون، فيجب أيضًا تجنب اللحام ضمن درجة حرارة التحسس (500 ~ 850 درجة مئوية). لمنع انخفاض مقاومة التآكل بسبب ترسب كربيد الكروم. يكون اختيار درجة حرارة اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي أكثر صرامة. أحدهما هو مطابقة درجة حرارة اللحام مع درجة حرارة الإخماد، وذلك لدمج عملية اللحام مع عملية المعالجة الحرارية؛ والآخر هو أن تكون درجة حرارة اللحام أقل من درجة حرارة التلطيف لمنع تليين المعدن الأساسي أثناء اللحام. مبدأ اختيار درجة حرارة اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ المتصلب بالترسيب هو نفس مبدأ الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي، أي أن درجة حرارة اللحام يجب أن تتوافق مع نظام المعالجة الحرارية للحصول على أفضل الخصائص الميكانيكية.

بالإضافة إلى المشكلتين الرئيسيتين المذكورتين أعلاه، هناك ميلٌ للتشقق الإجهادي عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، وخاصةً عند لحامه بمعدن حشو النحاس والزنك. لتجنب التشقق الإجهادي، يجب معالجة قطعة العمل قبل اللحام بطبقة من التلدين لتخفيف الإجهاد، وتسخينها بالتساوي أثناء اللحام.

2. مادة اللحام

(1) وفقًا لمتطلبات استخدام اللحامات الفولاذية المقاومة للصدأ، فإن معادن حشو اللحام المستخدمة بشكل شائع في اللحامات الفولاذية المقاومة للصدأ تشمل معدن حشو اللحام بالقصدير والرصاص، ومعدن حشو اللحام بالفضة، ومعدن حشو اللحام بالنحاس، ومعدن حشو اللحام بالمنغنيز، ومعدن حشو اللحام بالنيكل، ومعدن حشو اللحام بالمعادن الثمينة.

يُستخدم لحام الرصاص والقصدير بشكل رئيسي في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، وهو مناسبٌ لاحتوائه على نسبة عالية من القصدير. كلما زادت نسبة القصدير في اللحام، زادت قابليته للبلل على الفولاذ المقاوم للصدأ. يُوضح الجدول 3 قوة القص لوصلات الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr18Ni9Ti الملحومة بعدة لحامات رصاص وقصدير شائعة. ونظرًا لضعف قوة الوصلات، تُستخدم فقط في لحام الأجزاء ذات قدرة التحمل المنخفضة.

الجدول 3 قوة القص لوصلة الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr18Ni9Ti الملحومة بلحام الرصاص والقصدير

معادن الحشو الفضية هي أكثر معادن الحشو شيوعًا في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ. من بينها، تُعدّ معادن الحشو الفضية النحاسية الزنكية والفضية النحاسية الزنكية الكادميومية الأكثر استخدامًا نظرًا لقلة تأثير درجة حرارة اللحام على خصائص المعدن الأساسي. يُبيّن الجدول 4 متانة وصلات الفولاذ المقاوم للصدأ ICr18Ni9Ti الملحومة بعدة لحامات فضية شائعة. نادرًا ما تُستخدم وصلات الفولاذ المقاوم للصدأ الملحومة بلحامات فضية في بيئات شديدة التآكل، ولا تتجاوز درجة حرارة تشغيل الوصلات عادةً 300 درجة مئوية. عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بدون النيكل، ولمنع تآكل الوصلة الملحومة في البيئات الرطبة، يُنصح باستخدام معدن حشو يحتوي على نسبة أكبر من النيكل، مثل b-ag50cuzncdni. أما عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي، ولمنع تليين المعدن الأساسي، يُنصح باستخدام معدن حشو بدرجة حرارة لا تتجاوز 650 درجة مئوية، مثل b-ag40cuzncd. عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ في جو واقٍ، لإزالة طبقة الأكسيد عن السطح، يُمكن استخدام مواد لحام ذاتية تحتوي على الليثيوم، مثل b-ag92culi وb-ag72culi. عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ في الفراغ، لضمان بقاء معدن الحشو قابلاً للبلل جيدًا مع عدم احتوائه على عناصر سهلة التبخر مثل الزنك والكادميوم، يُمكن اختيار معدن الحشو الفضي الذي يحتوي على عناصر مثل المنغنيز والنيكل والروديوم.

الجدول 4 قوة وصلة الفولاذ المقاوم للصدأ ICr18Ni9Ti الملحومة بمعدن حشو قائم على الفضة

معادن حشو اللحام النحاسية المستخدمة في لحام أنواع مختلفة من الفولاذ هي بشكل رئيسي النحاس النقي، والنحاس والنيكل، والنحاس والمنجنيز والكوبالت. يُستخدم معدن حشو اللحام النحاسي النقي بشكل رئيسي في اللحام تحت حماية الغاز أو الفراغ. لا تتجاوز درجة حرارة تشغيل وصلة الفولاذ المقاوم للصدأ 400 درجة مئوية، إلا أن الوصلة ضعيفة المقاومة للأكسدة. يُستخدم معدن حشو اللحام النحاسي النيكل بشكل رئيسي في اللحام باللهب واللحام الحثي. يوضح الجدول 5 قوة وصلة الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr18Ni9Ti الملحومة. يمكن ملاحظة أن الوصلة لها نفس قوة المعدن الأساسي، ودرجة حرارة التشغيل عالية. يُستخدم معدن حشو اللحام Cu Mn Co بشكل رئيسي في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي في جو واقٍ. تُضاهي قوة الوصلة ودرجة حرارة التشغيل تلك الملحومة بمعدن حشو أساسه الذهب. على سبيل المثال، يتمتع المفصل الفولاذي المقاوم للصدأ 1Cr13 الملحوم باستخدام لحام b-cu58mnco بنفس أداء نفس المفصل الفولاذي المقاوم للصدأ الملحوم باستخدام لحام b-au82ni (انظر الجدول 6)، ولكن تكلفة الإنتاج تنخفض بشكل كبير.

الجدول 5 قوة القص لوصلة الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr18Ni9Ti الملحومة بمعدن حشو ذو قاعدة نحاسية عالية الحرارة

الجدول 6 قوة القص للوصلة الملحومة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr13

تُستخدم معادن حشو اللحام القائمة على المنغنيز بشكل رئيسي في اللحام المحمي بالغاز، ويشترط نقاء الغاز العالي. لتجنب نمو حبيبات المعدن الأساسي، يجب اختيار معدن حشو اللحام المناسب بدرجة حرارة لحام أقل من 1150 درجة مئوية. يمكن الحصول على نتائج لحام مرضية في وصلات الفولاذ المقاوم للصدأ الملحومة بلحام قائم على المنغنيز، كما هو موضح في الجدول 7. يمكن أن تصل درجة حرارة تشغيل الوصلة إلى 600 درجة مئوية.

الجدول 7 قوة القص لوصلة الفولاذ المقاوم للصدأ lcr18ni9fi الملحومة بمعدن حشو قائم على المنغنيز

عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بمعدن حشو أساسه النيكل، يتميز الوصل بأداء جيد في درجات الحرارة العالية. يُستخدم هذا المعدن الحشو عادةً في اللحام المحمي بالغاز أو اللحام الفراغي. وللتغلب على مشكلة تكوين مركبات أكثر هشاشة في الوصلة الملحومة أثناء تشكيلها، مما يقلل بشكل كبير من قوتها ومرونتها، يجب تقليل فجوة الوصلة لضمان انتشار العناصر سهلة التشكيل (الطور الهش) في المعدن الأساسي بشكل كامل. ولمنع نمو حبيبات المعدن الأساسي نتيجةً لطول مدة التثبيت عند درجة حرارة اللحام، يمكن اتخاذ إجراءات عملية تتضمن تثبيتًا قصيرًا ومعالجة انتشارية عند درجة حرارة منخفضة (مقارنةً بدرجة حرارة اللحام) بعد اللحام.

تشمل معادن الحشو المستخدمة في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ باللحام المعادن النبيلة بشكل رئيسي معادن الحشو المعتمدة على الذهب ومعادن الحشو المحتوية على البلاديوم، ومن أشهرها b-au82ni وb-ag54cupd وb-au82ni، والتي تتميز بقابلية عالية للبلل. يتميز وصل الفولاذ المقاوم للصدأ الملحوم بقوة تحمل عالية لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للأكسدة، ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى إلى 800 درجة مئوية. يتميز B-ag54cupd بخصائص مشابهة لـ b-au82ni، وسعره منخفض، لذا يُفضل استخدامه كبديل لـ b-au82ni.

(2) يحتوي سطح الفولاذ المقاوم للصدأ في بيئة المواد المصهرة والفرن على أكاسيد مثل Cr2O3 وTiO2، والتي لا يمكن إزالتها إلا باستخدام مواد صهر عالية النشاط. عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بلحام القصدير والرصاص، يكون المحلول المائي لحمض الفوسفوريك أو محلول حمض الهيدروكلوريك لأكسيد الزنك هو المادة المناسبة. نظرًا لقصر مدة نشاط المحلول المائي لحمض الفوسفوريك، يجب استخدام طريقة اللحام بالتسخين السريع. يمكن استخدام مواد صهر Fb102 أو fb103 أو fb104 للحام الفولاذ المقاوم للصدأ مع معادن حشو أساسها الفضة. عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ مع معادن حشو أساسها النحاس، يُستخدم المحلول fb105 نظرًا لارتفاع درجة حرارة اللحام.

عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ في الفرن، غالبًا ما يُستخدم جوّ الفراغ أو جوّ الحماية، مثل الهيدروجين والأرجون والأمونيا المتحللة. أثناء اللحام الفراغي، يجب أن يكون ضغط الفراغ أقل من 10-2 باسكال. عند اللحام في جوّ الحماية، يجب ألا تزيد نقطة الندى للغاز عن -40 درجة مئوية. إذا لم تكن نقاء الغاز كافيًا أو كانت درجة حرارة اللحام منخفضة، يُمكن إضافة كمية صغيرة من غاز اللحام، مثل ثلاثي فلوريد البورون، إلى الجوّ.

2. تقنية اللحام

يجب تنظيف الفولاذ المقاوم للصدأ بدقة أكبر قبل اللحام لإزالة أي شحوم أو زيوت متبقية. يُفضل اللحام مباشرةً بعد التنظيف.

يمكن أن يعتمد لحام الفولاذ المقاوم للصدأ على طرق التسخين باللهب والحث والفرن. يجب أن يكون لفرن اللحام في الفرن نظام تحكم جيد في درجة الحرارة (يجب أن يكون انحراف درجة حرارة اللحام ± 6 درجة مئوية) ويمكن تبريده بسرعة. عند استخدام الهيدروجين كغاز واقي للحام، تعتمد متطلبات الهيدروجين على درجة حرارة اللحام وتركيب المعدن الأساسي، أي أنه كلما انخفضت درجة حرارة اللحام، زاد احتواء المعدن الأساسي على مثبت، وانخفضت نقطة ندى الهيدروجين المطلوبة. على سبيل المثال، بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي مثل 1Cr13 و cr17ni2t، عند اللحام عند 1000 درجة مئوية، يجب أن تكون نقطة ندى الهيدروجين أقل من -40 درجة مئوية؛ بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ 18-8 الكروم والنيكل بدون مثبت، يجب أن تكون نقطة ندى الهيدروجين أقل من 25 درجة مئوية أثناء اللحام عند 1150 درجة مئوية؛ مع ذلك، بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr18Ni9Ti المحتوي على مثبت تيتانيوم، يجب أن تكون نقطة ندى الهيدروجين أقل من -40 درجة مئوية عند اللحام عند درجة حرارة 1150 درجة مئوية. عند اللحام مع حماية الأرجون، يلزم أن تكون نقاء الأرجون أعلى. في حالة طلاء سطح الفولاذ المقاوم للصدأ بالنحاس أو النيكل، يمكن تقليل متطلبات نقاء غاز الحماية. ولضمان إزالة طبقة الأكسيد عن سطح الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن أيضًا إضافة تدفق غاز BF3، ويمكن أيضًا استخدام لحام ذاتي التدفق يحتوي على الليثيوم أو البورون. عند اللحام الفراغي للفولاذ المقاوم للصدأ، تعتمد متطلبات درجة الفراغ على درجة حرارة اللحام. مع زيادة درجة حرارة اللحام، يمكن تقليل الفراغ المطلوب.

تتمثل العملية الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ بعد اللحام باللحام في تنظيف بقايا التدفق ومثبط التدفق المتبقي، وإجراء المعالجة الحرارية اللاحقة عند الضرورة. وحسب نوع التدفق وطريقة اللحام المستخدمة، يمكن غسل بقايا التدفق بالماء، أو تنظيفها ميكانيكيًا، أو كيميائيًا. في حال استخدام مادة كاشطة لتنظيف بقايا التدفق أو طبقة الأكسيد في المنطقة الساخنة بالقرب من المفصل، يجب استخدام الرمل أو أي جزيئات دقيقة غير معدنية أخرى. تحتاج الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفولاذ المقاوم للصدأ المُصلد بالترسيب إلى معالجة حرارية وفقًا للمتطلبات الخاصة لكل مادة بعد اللحام. غالبًا ما تُعالج وصلات الفولاذ المقاوم للصدأ الملحومة بمعادن حشو Ni Cr B وNi Cr Si بالمعالجة الحرارية بالانتشار بعد اللحام لتقليل متطلبات فجوة اللحام وتحسين البنية الدقيقة وخصائص المفاصل.