جوشکاری ورق استیل رسوب سخت شده

مقدمه:

ورق های استیل سخت‌کننده رسوبی (PH) خانواده‌ای از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی هستند که برخی از آنها می‌توانند برای ایجاد استحکام کششی 850 مگاپاسکال تا 1700 مگا پاسکال و استحکام تسلیم 520 مگاپاسکال تا بیش از 1500 مگاپاسکال تقریباً سه یا چهار برابر فولاد آستنیتی بدون آستنیت مانند نوع 304 یا نوع 316، عملیات حرارتی شوند. آنها در صنایع نفت و گاز، هسته ای و هوافضا استفاده می شوند که ترکیبی از استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و درجه چقرمگی به طور کلی کم اما قابل قبول است. سخت شدن رسوبی با افزودن مس، مولیبدن، آلومینیوم و تیتانیوم به صورت جداگانه یا ترکیبی حاصل می شود. خانواده ورق های استیل سخت کننده رسوبی را می توان به سه نوع اصلی تقسیم کرد:  مارتنزیتی کم کربن، نیمه آستنیتی و آستنیتی.

ورق استیل مارتنزیتی رسوب سخت شده:

فولادهای PH مارتنزیتی که PH4-17 رایج‌ترین آنهاست، در دماهای پایین، معمولاً حدود 250 درجه سانتیگراد، به مارتنزیت تبدیل می‌شوند و با پیری در دمای بین 480 تا 620 درجه سانتیگراد بیشتر تقویت می گردند.
فولادهای PH آستنیتی-مارتنزیتی اساساً پس از عملیات محلول کاملاً آستنیتی هستند و برای تشکیل مارتنزیت به چرخه حرارتی دوم تا 750 درجه سانتیگراد و 2 ساعت قبل از سرد شدن در دمای اتاق نیاز دارند. برخی از این آلیاژها به دنبال این عملیات حرارتی باید در یخچال (منفی 50 درجه سانتیگراد به مدت هشت ساعت) نگهداری شوند تا از تبدیل کامل به ساختار آستنیتی/مارتنزیتی پایدار اطمینان حاصل شود، اگرچه دو آلیاژ متداول FV520 و 17/7PH این کار را انجام می دهند. برای ایجاد خواص بهینه نیازی به یخچال ندارد.
پیری این آلیاژها در دمای بین 500 تا 600 درجه سانتی گراد اتفاق می افتد. گریدهای آستنیتی تا دمای اتاق پایدار هستند، بهبود استحکام از رسوبات حاصل از پیری در دمای 650 تا 750 درجه سانتی گراد است. این گریدهای کاملاً آستنیتی  بوده و می توانند چقرمگی خوبی از خود نشان دهند و برخی ممکن است در دماهای برودتی استفاده شوند.

جوشکاری ورق استیل رسوب سخت شده:

برای بهترین جوش‌پذیری، توصیه می‌شود که هر سه نوع آلیاژ در شرایط آنیل شده، نگهداری شده با محلول یا بیش از حد پیرشده عرضه شوند. آلیاژهای به شکل ورق یا نوار ممکن است در شرایط سرد کار شده باشند و قابلیت جوشکاری به طور جدی به خطر بیفتد. مانند بسیاری از آلیاژهای سخت‌کننده رسوبی، دستیابی به خواص مکانیکی در جوش و HAZ برای مطابقت با خواص ماده اصلی مشکل است. حتی با مواد مصرفی جوشکاری منطبق، یک محلول کامل و سخت شدن ایجینگ، حداکثر استحکام یک اتصال در آلیاژهای نیمه آستنیتی وکاملاً  آستنیتی احتمالاً تنها حدود 90 درصد از فلز پایه است.
فولادهای مارتنزیتی PH در شرایط تیمار شده با محلول را می توان با اکثر فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی معمولی جوش داد، اگرچه بهترین چقرمگی با فرآیند TIG حاصل می شود زیرا تمیزترین فلز جوش را فراهم می کند. چقرمگی بهتر را می توان با استفاده از فرآیندهای پرتو قدرت (جوشکاری با پرتو الکترونی یا لیزر) به دست آورد. فلزات پرکننده منطبق برای اکثر فولادهای این گروه موجود است که باعث می شود خواص مکانیکی مطابق با انجام عملیات حرارتی پس از پیری جوش به دست آید.
اگر یک مفصل بسیار مهار شده باشد، ممکن است 17/4PH در طول خط همجوشی در اثر نوعی ترک خوردگی حرارتی در طول عملیات حرارتی پیری شکست بخورد. در این شرایط، قطعه باید در شرایط بیش از حد جوش داده شود و سپس عملیات حرارتی محلول و به دنبال آن PWHT که در زیر توضیح داده شده است، داده شود. فلزات پرکننده آستنیتی مانندL 308 یا برای استحکام فلز جوش بالاتر، فلز پرکننده دوبلکس مانند 2205 را می توان در جایی که اتصالات با استحکام کمتر قابل تحمل است یا ترک خوردگی به دلیل مهار زیاد مشکل ساز است، استفاده کرد. در صورت استفاده از فلز پرکننده دوبلکس یا توصیه شده برای فلز جوش آستنیتی به دلیل تردی، PWHT امکان پذیر نیست.
مارتنزیت در این فولادها به دلیل محتوای کربن پایین نسبتاً نرم است، بنابراین پیش گرم کردن به طور کلی ضروری نیست، اگرچه برای اتصالات ضخیم (بالاتر از 25 میلی متر) بسیار مهار شده، پیش گرمایش حدود 100 درجه سانتی گراد برای کاهش خطر ترک خوردن مفید است، به دلیل دمای پایینی که در آن این فولادها به مارتنزیت تبدیل می شوند، حداکثر دمای بین گذر 200 درجه سانتی گراد توصیه می شود.
حفظ دمای بین پاسی بسیار بالا منجر به تبدیل کل جوش به مارتنزیت در هنگام خنک شدن تا دمای اتاق می شود و تغییر حجمی که در صورت وقوع این اتفاق رخ می دهد می تواند منجر به نوعی ترک خوردگی خاموش شود. اثر افزایش تنش شکاف در ریشه جوش های فیله و جوش های لب به لب با نفوذ جزئی باعث ایجاد ترک می شود. به شرطی که کاهش قدرت قابل تحمل باشد، می توان از یک عبور ریشه Tp308L برای حل این مشکل استفاده کرد. همچنین مشخص شده است که ریخته گری 17/4PH ممکن است در حین جوشکاری ترک های داغ HAZ ایجاد کند. بنابراین برای اقلام ریخته‌گری، محتوای مس به حداکثر 3 درصد محدود می‌شود.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی