การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม 304 และ 316: ลวดเชื่อม ปริมาณความร้อนเข้า และการพาสซิเวชัน

การเลือกลวดเชื่อม

กฎเริ่มต้นคือการเชื่อมด้วยลวดเชื่อมที่สูงกว่า หนึ่งเกรด:

• 304/304L เชื่อมด้วยลวดเชื่อม 308L
• 316/316L เชื่อมด้วยลวดเชื่อม 316L ซึ่งมีโมลิบดีนัมที่จำเป็นต่อการรักษาความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุม
• รอยต่อโลหะต่างชนิด (304 ถึงเหล็กกล้าคาร์บอน) ใช้ลวดเชื่อมผสมสูง เช่น 309L

ตัวอักษร L มีความสำคัญ: คาร์บอนของลวดเชื่อมถูกคงไว้ที่หรือต่ำกว่า 0.03% เพื่อให้เนื้อโลหะเชื่อมเองต้านทานการเกิดเซนซิไทเซชันได้ ในกรณีที่โลหะฐานเป็น 304 หรือ 316 ธรรมดา (ไม่ใช่ L) การใช้ลวดเชื่อมเกรด L และการควบคุมปริมาณความร้อนเข้าเป็นแนวป้องกันหลักสำหรับโลหะเชื่อม

ปริมาณความร้อนเข้าและการเกิดเซนซิไทเซชัน

ระหว่างราว 450 °C และ 850 °C โครเมียมรวมตัวกับคาร์บอนเกิดเป็นคาร์ไบด์ที่ขอบเกรน — การเกิดเซนซิไทเซชัน — ทิ้งบริเวณที่โครเมียมพร่องซึ่งจะกัดกร่อนก่อน (การผุของแนวเชื่อม การกัดกร่อนแบบเส้นมีด) ดังนั้นแนวปฏิบัติสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมจึงทำงานในทิศทางตรงกันข้ามกับเหล็กกล้าคาร์บอน:

• รักษาปริมาณความร้อนเข้าให้ ต่ำถึงปานกลาง (โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0.5–1.5 kJ/mm ขึ้นอยู่กับกระบวนการ)
• จำกัดอุณหภูมิระหว่างแนวเชื่อม โดยทั่วไปไว้ที่ราว 150 °C
• ใช้แนวเชื่อมแบบเส้นตรงแคบแทนการส่ายกว้าง และปล่อยให้รอยต่อเย็นลงระหว่างแนวเชื่อมแต่ละแนว

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกยังนำความร้อนได้ไม่ดี และขยายตัวมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนอีกราวครึ่งหนึ่ง ดังนั้นการควบคุมการบิดงอ (ลำดับที่สมดุล การเชื่อมแบบถอยหลัง อุปกรณ์จับยึดที่เพียงพอ) จึงเป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอน ไม่ใช่สิ่งที่คิดทีหลัง

ประเด็นด้านเทคนิค

• การป้องกันด้วยแก๊ส: ด้านรากของรอยเชื่อมท่อและแผ่นต้องใช้แก๊สเฉื่อยรองด้านหลัง (การไล่แก๊สด้วยอาร์กอน) จนกว่ารากจะถูกผนึกด้วยโลหะหนาหลายมิลลิเมตร รากที่ถูกออกซิไดซ์และมีลักษณะเป็นน้ำตาลไหม้จะมีความต้านทานการกัดกร่อนและสมรรถนะด้านความล้าที่ไม่ดี
• ความสะอาด: แปรงและวัสดุขัดเฉพาะสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเท่านั้น การปนเปื้อนของเหล็กจากเครื่องมือเหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้ร่วมกันจะฝังตัวและเป็นสนิม ขจัดคราบไขมันก่อนการเชื่อม
• อย่าใช้ชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิมเป็นโต๊ะทำงานสำหรับการเจียรเหล็กกล้าคาร์บอนในบริเวณใกล้เคียง — การปนเปื้อนของฝุ่นจากการเจียรเป็นสาเหตุทั่วไปของจุดสนิมลึกลับ

หลังการเชื่อม: การทำความสะอาดและการพาสซิเวชัน

การเชื่อมทิ้ง คราบสีจากความร้อน — ฟิล์มออกไซด์ที่โครเมียมพร่อง ซึ่งสีฟางถึงสีน้ำเงินบ่งบอกถึงความต้านทานการกัดกร่อนที่ลดลงข้างใต้ สำหรับการใช้งานด้านการกัดกร่อน คราบสีและชั้นที่พร่องต้องถูกกำจัดออก:

1. การทำความสะอาดเชิงกล (การแปรงด้วยแปรงเหล็กกล้าไร้สนิม วัสดุขัดละเอียด) สำหรับงานเบา
2. การดอง ด้วยครีมหรืออ่างกรดไนตริก/ไฮโดรฟลูออริก เพื่อฟื้นฟูพื้นผิวอย่างเต็มที่
3. การพาสซิเวชัน ในกรดไนตริกหรือกรดซิตริก (ตามแนวปฏิบัติ ASTM A967) จะสร้างฟิล์มโครเมียมออกไซด์ขึ้นใหม่บนพื้นผิวที่สะอาดอยู่แล้ว การพาสซิเวชันไม่ใช่สารทำความสะอาด — มันไม่กำจัดคราบสีหนาหรือสเกล

รอยต่อ 316 ที่เชื่อม ทำความสะอาด และพาสซิเวชันอย่างถูกต้อง ควรแยกไม่ออกจากโลหะแม่ในด้านสมรรถนะการกัดกร่อน การข้ามขั้นตอนหลังการเชื่อมเป็นเหตุผลปกติที่ทำให้ไม่เป็นเช่นนั้น

ข้อบกพร่องทั่วไปและสาเหตุ

• ความพรุน: เกือบทุกครั้งเป็นการปนเปื้อน — ความชื้น จาระบี สี หรือสังกะสีบนผิวรอยต่อ หรือปัญหาการป้องกันด้วยแก๊ส (สูญเสียการครอบคลุมของแก๊ส กระแสลม) เหล็กกล้าไร้สนิมแสดงความพรุนจากการปนเปื้อนเร็วกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน เพราะบ่อหลอมให้อภัยพื้นผิวที่สกปรกได้น้อยกว่า
• รากเป็นน้ำตาลไหม้: การไล่แก๊สรองด้านหลังไม่เพียงพอ รากจะถูกออกซิไดซ์กลายเป็นพื้นผิวที่หยาบ ดำคล้ำ และเสี่ยงต่อการกัดกร่อน ซึ่งไม่สามารถซ่อมแซมจากภายนอกได้
• การแตกร้าว: พบน้อยใน 304/316 เอง (โครงสร้างออสเทนนิติกที่มีเฟอร์ไรต์ปริมาณเล็กน้อยในเนื้อโลหะเชื่อมจะต้านทานการแตกร้าวขณะแข็งตัว) แต่เป็นความเสี่ยงจริงเมื่อใช้ลวดเชื่อมที่ผิดกับรอยต่อโลหะต่างชนิด หรือเมื่อการปนเปื้อนของคาร์บอนเข้าสู่บ่อหลอม — อีกหนึ่งเหตุผลสำหรับเครื่องมือเฉพาะและลวดที่สะอาด