ابتدا دو نقطه 1 و 2 را كه نشاندهنده محل قرارگيري دو فلز پايه در نمودار هستند، با يك خط مستقيم به يكديگر متصل ميكنيم. با فرض اينكه هردو فلز پايه بطور مساوي در جوش ذوب شوند، وسط اين خط (نقطه 3) را مشخص ميكنيم. اكنون خط ديگري از اين نقطه به نقطه نمايانگر تركيب الكترود در نمودار (نقطه 5) رسم ميكنيم. با استفاده از اين فرضيه كه فلز جوش شامل 30% از فلز پايه و 70% از فلز پركننده ميگردد، نقطه 4 را كه در محلي برابر 70% طول خط رابط نقاط 3 به 5 است، تعيين مينماييم. اين نقطه آناليز جوش نهايي را مشخص ميكند كه نشاندهنده عدد فريتي 6 براي اين جوش است. از نمودار WRC-92 (شكل 6) نيز به همين روش ميتوان استفاده كرد. البته در اين مثال مقدار امتزاج فلز پايه 30% و براي هردو فلز پايه يكسان در نظر گرفته شده است كه براي تعيين دقيقتر اين مشخصات بايد مقدار امتزاج واقعي محاسبه گردد. از آنجايي كه هدايت حرارتي فولاد كربني با فولاد زنگ نزن آستنيتي تفاوت زيادي دارد مسلما مقدار امتزاج ايندو در جوش به يك نسبت نخواهد بود. اما با اين وجود اين روش جواب قابل قبولي ارائه ميدهد.

شكل 6- نمودار WRC-92

 

مقدار فريت كم (0-3 FN DeLong)  جوشي توليد ميكند كه ممكن است تا حدودي به ترك گرم حساس باشد. براي جلوگيري از ترك گرم بايد از فلز پركننده اي با مقدار فريت نسبتا بالا استفاده شود.

در برخي كاربردها مانند كارخانه توليد اوره و كاربردهاي دماي پايين، استفاده از فلز پايه و جوش كاملا آستنيتي الزامي است. در اين حالت بايد از فلز پركننده آستنيتي كامل يا مقدار كم فريت مانند AWS A5.4:E308L-15، EN 1600: 18 15 3 LR و AWS A5.4:ERNiCrMo-3 استفاده شود. در اين حالت حرارت ورودي بايد در حداقل مقدار ممكن كنترل شود و امتزاج فلز پايه بايد در كمترين حد نگاه داشته شود.

عدد فريتي 3-12 FN DeLong مقاومت خوبي نسبت به ترك گرم ايجاد ميكند. تمام فلزات پركننده آستنيتي استاندارد مانند AWS A5.4:E304L-17, E316L-17, E309MoL-17, E347-15 جوشهايي با عدد فريتي در محدوده فوق الذكر ايجاد ميكنند. در نتيجه اين فلزات پركننده مقاومت خوبي نسبت به ترك گرم ايجاد ميكنند. آزمايشات مختلفي براي تعيين تركيب مناسب جهت كاهش احتمال ترك گرم انجام گرفته كه نتايجي با اختلاف جزئي از آنها بدست آمده است. بعنوان مثال در سال 1972 ميلادي MoisioT Suutala  و Takalo رابطه بين نسبت كرم معادل به نيكل معادل، درصد وزني گوگرد و فسفر موجود در فولاد و حساسيت فولاد نسبت به ترك گرم را براي فولادهاي زنگ نزن آستنيتي بصورت منحني شكل 7 نمايش دادند.

شكل 7- رابطه بين تركهاي انجمادي و نسبت كرم معادل به نيكل معادل

 

همانگونه كه در شكل 7 ديده ميشود وقتي نسبت كرم معادل به نيكل معادل بيشتر از 5/1 باشد احتمال بروز تركهاي انجمادي كاهش ميابد. با توجه به اين موضوع ميتوان مرز ناحيه حساس به ترك و ناحيه غير حساس را توسط يك خط با شيب 5/1 در نمودار ديلانگ مشخص نمود (شكل 8).

شكل 8- مرز نواحي حساس و غير حساس به ترك گرم (خط چين) در نموار ديلانگ

 

در مقادير بالاتر از 12 FN DeLong ممكن است يك شبكه فريتي پيوسته در ساختار ايجاد شود كه در برخي محيط ها ميتواند باعث ايجاد خوردگي انتخابي گردد. هنگامي كه قطعه تحت عمليات حرارتي قرار گيرد بسته به مدت زمان و دماي عمليات، تمام و يا قسمتي از فريت ميتواند به فاز سيگما تبديل شود. اين پديده مقاومت به خوردگي و چقرمگي قطعه را كاهش ميدهد.

جوش فولادهاي دوبلكس داراي فريتي در محدوده 25-65 FN WRC-92 ميباشد. مزيت مهم اين شرايط افزايش استحكام كششي و تسليم قطعه است. شكل 9 ساختار يك فولاد زنگ نزن دوبلكس را با مقدار فريت 50 FN WRC-92 نشان ميدهد.

شكل 9- ميكروساختار با عدد فريتي 50 از نمودار WRC-92

 

مقدار فريت در جوش ايجاد شده  به عوامل متعددي بستگي دارد. از جمله اين عوامل ميتوان به تكنيك جوشكاري، سرعت سرد شدن و مقدار امتزاج فلز پايه در جوش اشاره كرد. بعنوان مثال نفوذ مقدار قابل توجهي نيتروژن به ناحيه جوش، ميتواند مقدار فريت جوش را از 8FN به 0FN كاهش دهد. طول قوس نامناسب ميتواند باعث افزايش مقدار نيتروژن نفوذي به جوش گردد. در نتيجه تكنيك نامناسب جوش ميتواند باعث كاهش مقدار فريت جوش گردد، بطوريكه با نفوذ 0.10% نيتروژن عددفريتي جوش، 8 واحد كاهش خواهد داشت. حتي در جوشهاي چند پاسه و يا زنجيره اي، بايد تغييرات ميزان فريت را از هرپاس به پاس ديگر انتظار داشت. در نتيجه تعيين مقدار دقيق فريت باقيمانده در جوش تنها پس از اتمام جوشكاري و با روشهاي دقيق متالورژيكي ممكن است. اما روشهاي پيش بيني موجود نيز با تقريب قابل قبولي، در موارد طراحي و مهندسي بكار ميروند.

 نویسنده:امير حسيني كلورزي

مراجع:

  • 1- Dr. -Ing Mittelstädt, "Current Welding Engineer's Knowledges", 2004, SLV Duisburg.
  • 2- امير حسيني كلورزي، "ترك گرم در جوش فولاد زنگ نزن آستنيتي"، 1386، وبلاگ مهندسي جوش، www.weldeng.net .
  • 3- Martin Larén, "Avesta Welding Manual", 2004, Avesta Welding AB.
  • 4- امير حسيني كلورزي، "فريت در جوش فولادهاي زنگ نزن آستنيتي"، 1385، وبلاگ مهندسي جوش، www.weldeng.net .
  • 5- مهرداد معينيان، "كليد جوشكاري"، جلد اول، 1380، انتشارات آزاده.
  • 6- Chuck Meadows, "Ferrite in Austenitic Stainless Steel Weld Metal", Avesta Welding AB.
  • 7- محمود حائري، "بررسي متالورژيك عيوب در جوشكاري"، 1377، موسسه فرهنگي و انتشاراتي اورس.