جوشکاری فولاد زنگ‌نزن 304 و 316: فلز پرکننده، ورودی حرارت و پسیواسیون

انتخاب فلز پرکننده

قاعده پیش‌فرض جوشکاری با یک گرید بالاتر است:

• 304/304L با فلز پرکننده 308L جوشکاری می‌شود.
• 316/316L با فلز پرکننده 316L جوشکاری می‌شود، که مولیبدن مورد نیاز برای حفظ مقاومت در برابر حفره‌دار شدن را دارد.
• اتصالات غیرهمجنس (304 به فولاد کربنی) از فلز پرکننده پرآلیاژ مانند 309L استفاده می‌کنند.

حرف "L" اهمیت دارد: کربن فلز پرکننده در حد 0.03% یا کمتر نگه داشته می‌شود تا خود رسوب در برابر حساس‌شدن مقاوم باشد. در مواردی که فلز پایه 304 یا 316 معمولی است (نه L)، استفاده از فلز پرکننده گرید L و کنترل ورودی حرارت دفاع اصلی برای فلز جوش است.

ورودی حرارت و حساس‌شدن

بین حدود 450 °C و 850 °C، کروم با کربن ترکیب می‌شود تا کاربیدهایی در مرز دانه‌ها تشکیل دهد — حساس‌شدن — و نواحی تهی از کروم بر جای می‌گذارد که به صورت ترجیحی خورده می‌شوند (پوسیدگی جوش، حمله خط چاقویی). بنابراین روش کار فولاد زنگ‌نزن برعکس فولاد کربنی عمل می‌کند:

• ورودی حرارت را کم تا متوسط نگه دارید (معمولاً در محدوده 0.5–1.5 kJ/mm، بسته به فرآیند).
• دمای بین‌پاسی را محدود کنید، معمولاً تا حدود 150 °C.
• به جای بافت‌های پهن از مهره‌های رشته‌ای استفاده کنید و اجازه دهید اتصال بین پاس‌ها سرد شود.

فولاد زنگ‌نزن آستنیتی همچنین حرارت را به خوبی هدایت نمی‌کند و تقریباً یک و نیم برابر فولاد کربنی منبسط می‌شود، بنابراین کنترل اعوجاج (توالی‌های متعادل، جوشکاری گام به عقب، فیکسچر مناسب) بخشی از روش کار است، نه یک فکر بعدی.

نکات تکنیکی

• محافظت: سمت ریشه جوش‌های لوله و ورق تا زمانی که ریشه با چند میلی‌متر فلز آب‌بندی شود به گاز پشتیبان بی‌اثر (پرج آرگون) نیاز دارد؛ ریشه اکسیدشده و شکرک‌زده مقاومت به خوردگی و عملکرد خستگی ضعیفی دارد.
• تمیزی: برس‌ها و ساینده‌های اختصاصی فقط برای فولاد زنگ‌نزن؛ آلودگی آهن از ابزارهای مشترک فولاد کربنی فرو می‌نشیند و زنگ می‌زند. پیش از جوشکاری چربی‌زدایی کنید.
• هرگز از قطعه زنگ‌نزن به عنوان میز کار برای سنگ‌زنی فولاد کربنی در نزدیکی آن استفاده نکنید — آلودگی گرد سنگ‌زنی علت رایج لکه‌های زنگ مرموز است.

پس از جوشکاری: تمیزکاری و پسیواسیون

جوشکاری رنگ حرارتی بر جای می‌گذارد — یک فیلم اکسید تهی از کروم که رنگ‌های کاهی تا آبی آن نشان‌دهنده کاهش مقاومت به خوردگی در زیر آن است. برای سرویس خوردگی، رنگ و لایه تهی‌شده باید از بین بروند:

1. تمیزکاری مکانیکی (برس‌زنی زنگ‌نزن، ساینده‌های نرم) برای کار سبک.
2. اسیدشویی با خمیر یا حمام نیتریک/هیدروفلوریک برای بازگردانی کامل سطح.
3. پسیواسیون در اسید نیتریک یا سیتریک (بر اساس روش ASTM A967) فیلم اکسید کروم را روی سطحی که از قبل تمیز است بازسازی می‌کند. پسیواسیون یک پاک‌کننده نیست — رنگ سنگین یا پوسته را از بین نمی‌برد.

یک اتصال 316 که به درستی جوشکاری، تمیز و پسیو شده باشد باید در عملکرد خوردگی از فلز پایه قابل تشخیص نباشد؛ نادیده گرفتن مراحل پس از جوشکاری دلیل معمول این است که چنین نیست.

عیوب رایج و علل آن‌ها

• تخلخل: تقریباً همیشه آلودگی است — رطوبت، گریس، رنگ یا روی روی سطوح اتصال، یا مشکل محافظت (از دست رفتن پوشش گاز، جریان هوا). فولاد زنگ‌نزن تخلخل ناشی از آلودگی را زودتر از فولاد کربنی نشان می‌دهد زیرا حوضچه نسبت به سطوح آلوده کمتر بخشنده است.
• ریشه شکرک‌زده: پرج پشتیبان ناکافی؛ ریشه به سطحی زبر، سیاه‌شده و مستعد خوردگی اکسید می‌شود که از بیرون قابل تعمیر نیست.
• ترک‌خوردگی: در خود 304/316 نادر است (ساختار آستنیتی با مقدار کمی فریت در رسوب در برابر ترک‌خوردگی انجمادی مقاوم است)، اما هنگام استفاده از فلز پرکننده نادرست روی اتصالات غیرهمجنس یا هنگام ورود آلودگی کربن به حوضچه خطر واقعی است — دلیلی دیگر برای ابزارهای اختصاصی و سیم تمیز.