روش های جوشکاری فولادهای مختلف ضد زنگ

فولادهای ضد زنگ یا همان استنلس استیل، یکی از پرکاربردترین گروه های آلیاژی در صنایع مدرن به شمار می آیند. از تجهیزات آشپزخانه گرفته تا سازه های عظیم صنعتی و خطوط انتقال مواد شیمیایی، همه و همه به لطف مقاومت بالای این فولادها در برابر خوردگی و زنگ زدگی ممکن شده اند.
اما هنگامی که نوبت به جوشکاری فولادهای ضد زنگ می رسد، موضوع کمی پیچیده تر می شود. ترکیب عناصر آلیاژی، تفاوت در ساختار متالورژیکی و حساسیت به حرارت باعث می شود که جوشکاری این فولادها نیازمند دقت، تجربه و شناخت عمیق از رفتار آن ها باشد.

در فرآیند جوشکاری فولادهای ضد زنگ، انتخاب متریال مناسب اهمیت زیادی دارد و آگاهی از قیمت ورق استیل ثامن تجارت می تواند به تصمیم گیری اقتصادی تر در پروژه های صنعتی کمک کند.

چالش های اصلی در جوشکاری فولادهای زنگ نزن

جوشکاری فولادهای ضد زنگ برخلاف ظاهر براق و مقاومشان، چالش های فنی متعددی دارد. مهم ترین مشکل، حساسیت این فولادها به حرارت است. در اثر حرارت زیاد، احتمال افت کروم در مرز دانه ها وجود دارد که منجر به کاهش مقاومت خوردگی می شود.
همچنین احتمال بروز ترک های حرارتی، اعوجاج و تغییر رنگ سطح در جوش های غیراستاندارد بسیار بالاست. کنترل دقیق دما، انتخاب فیلر مناسب و تمیزکاری دقیق از الزامات اصلی موفقیت در جوشکاری این نوع فولادها است.

اصول کلی جوشکاری فولادهای ضد زنگ

انتخاب روش مناسب جوشکاری

هر نوع فولاد زنگ نزن، ویژگی های فیزیکی و متالورژیکی خاصی دارد. بنابراین، انتخاب روش جوشکاری باید بر اساس نوع فولاد، ضخامت قطعه و هدف نهایی انجام شود. برای مثال، فولادهای آستنیتی معمولاً با روش TIG یا MIG جوش داده می شوند، زیرا این روش ها کنترل حرارت بهتری فراهم می کنند.

کنترل حرارت و جلوگیری از تغییر ساختار متالورژیکی

حرارت بیش از حد باعث تخریب لایه محافظ کروم و ایجاد مناطق حساس به خوردگی بین دانه ای می شود. کنترل دمای قوس، کاهش زمان جوش، استفاده از فیلرهای کم کربن و خنک کاری مناسب از مهم ترین اصول در جوشکاری ایمن فولاد زنگ نزن است.

آماده سازی سطح و تمیزکاری پیش از جوش

تمیز بودن سطح فلز قبل از جوشکاری اهمیت حیاتی دارد. هرگونه آلودگی مانند روغن، چربی، اکسید یا گرد و غبار می تواند منجر به تخلخل یا آلودگی جوش شود. استفاده از برس استیل مخصوص و تمیزکاری با استون یا الکل پیش از شروع کار الزامی است.

روش های رایج جوشکاری فولادهای ضد زنگ

جوشکاری قوس تنگستن (TIG / GTAW)

روش TIG دقیق ترین و تمیزترین نوع جوشکاری برای فولاد زنگ نزن است. با استفاده از الکترود تنگستن و گاز محافظ آرگون، جوشی براق، یکنواخت و بدون پاشش حاصل می شود. این روش برای قطعات نازک و حساس صنعتی انتخابی ایده آل است.

جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ (MIG / GMAW)

در این روش از سیم جوش پیوسته و گاز محافظ (مانند آرگون یا مخلوط CO₂) استفاده می شود. MIG برای قطعات ضخیم تر و تولید انبوه مناسب تر است، زیرا سرعت بالاتری دارد.

جوشکاری قوس دستی (SMAW / الکترود پوشش دار)

روشی سنتی و پرکاربرد که در محل های باز و پروژه های ساختمانی استفاده می شود. اگرچه کیفیت سطح جوش به اندازه TIG نیست، اما انعطاف پذیری بالا و هزینه کمتر دارد.

جوشکاری پلاسما (PAW)

نسخه پیشرفته تری از TIG است که در آن قوس با پلاسما متمرکز می شود. این روش دقت بالایی دارد و برای قطعات ظریف صنعتی به کار می رود.

جوشکاری لیزری و پرتو الکترونی

روش های مدرن تر که در صنایع حساس مانند پزشکی و هوافضا کاربرد دارند. این روش ها امکان جوش های عمیق و دقیق را با حداقل تغییر حرارتی فراهم می کنند.

هنگام برآورد هزینه های تولید و تعمیر تجهیزات فلزی، بررسی قیمت فولاد آلیاژی نقش مهمی در انتخاب نوع جوش و مواد مصرفی ایفا می کند.

جوشکاری انواع فولادهای زنگ نزن

فولادهای آستنیتی (مانند 304 و 316)

این نوع فولادها بیشترین استفاده را دارند. هنگام جوشکاری باید از فیلرهای با ترکیب مشابه (مانند ER308 و ER316) استفاده شود تا مقاومت به خوردگی حفظ گردد. کنترل حرارت و خنک کاری تدریجی برای جلوگیری از ترک گرم ضروری است.

فولادهای فریتی (مانند 430)

در این نوع فولادها احتمال تردی در منطقه جوش زیاد است. باید از فیلرهایی با مقدار کمی نیکل استفاده کرد و سرعت خنک شدن را کنترل نمود.

فولادهای مارتنزیتی (مانند 410)

به دلیل سختی بالا، این فولادها در معرض ترک سرد هستند. پیش گرمایش قبل از جوش و عملیات حرارتی پس از آن اهمیت زیادی دارد.

فولادهای داپلکس و سوپر داپلکس

جوشکاری این فولادها به دلیل ترکیب دو ساختار متفاوت پیچیده است. انتخاب دقیق فیلر با ترکیب نیکل و نیتروژن بالا برای حفظ تعادل فازها ضروری است.

فولادهای رسوب سخت شونده

این نوع فولادها معمولاً پس از جوشکاری نیاز به عملیات حرارتی دارند تا خواص مکانیکی بازگردد. کنترل دما در تمام مراحل حیاتی است.

مشکلات رایج در جوشکاری فولادهای ضد زنگ

ترک گرم و سرد

ترک گرم در اثر حرارت زیاد و انقباض ناهمگن رخ می دهد، در حالی که ترک سرد معمولاً بعد از جوش و در اثر تنش های پسماند ایجاد می شود. استفاده از فیلر مناسب و کنترل حرارت راه حل اصلی است.

کاهش مقاومت به خوردگی

در اثر حرارت بالا، کروم در مرز دانه ها کاهش یافته و مقاومت خوردگی افت می کند. انتخاب فیلر کم کربن و کنترل زمان حرارت دهی از عوامل پیشگیرنده اند.

اعوجاج و تغییر رنگ سطح

در فولادهای نازک تر، اعوجاج ناشی از حرارت متداول است. استفاده از قید و بست مناسب و خنک کاری تدریجی باعث کاهش این مشکل می شود. تغییر رنگ سطح نیز با برس کاری و تمیزکاری اسیدی رفع می شود.

آلودگی فلز جوش

در صورت تماس ابزار یا سیم جوش آلوده با فولاد زنگ نزن، آلودگی آهنی به وجود آمده و سطح در معرض زنگ زدگی قرار می گیرد. همیشه باید از ابزار اختصاصی استنلس استفاده کرد.

راهکارها و نکات بهبود کیفیت جوش فولاد ضد زنگ

انتخاب فلز پرکننده مناسب

فیلر باید از نظر ترکیب شیمیایی با فلز پایه همخوانی داشته باشد. در غیر این صورت، مقاومت خوردگی یا استحکام کاهش می یابد.

کنترل پارامترهای حرارتی

جوشکاری در آمپر مناسب، کنترل ولتاژ، و تنظیم سرعت پیشروی نقش کلیدی در کیفیت جوش دارند.

پس عملیات حرارتی و تمیزکاری پس از جوش فولاد ضد زنگ

عملیات حرارتی بعد از جوش باعث کاهش تنش های پسماند و بهبود خواص مکانیکی می شود. همچنین تمیزکاری با محلول های مخصوص، سطح را به حالت اولیه بازمی گرداند.

بازرسی و آزمون های کنترل کیفیت جوش فولاد ضد زنگ

استفاده از روش های غیرمخرب مانند رادیوگرافی، اولتراسونیک و نفوذ مایع برای بررسی کیفیت جوش ضروری است تا اطمینان حاصل شود هیچ ترک یا تخلخلی در اتصال وجود ندارد.

مقایسه روش های جوشکاری فولاد ضد زنگ از نظر هزینه و کارایی

مزایا و معایب هر روش

• TIG: کیفیت بالا، دقت زیاد، سرعت پایین و هزینه متوسط.
• MIG: سرعت بالا، مناسب تولید انبوه، ولی مصرف گاز بیشتر.
• SMAW: هزینه پایین، مناسب محیط های بیرونی، اما کیفیت سطح پایین تر.
• لیزری: دقت فوق العاده، اما تجهیزات گران قیمت.

انتخاب روش مناسب بر اساس نوع فولاد و کاربرد

برای فولادهای نازک آستنیتی، روش TIG بهترین انتخاب است. در مقابل، برای سازه های بزرگ و ضخیم، MIG یا SMAW گزینه های اقتصادی تری محسوب می شوند.

سؤالات متداول

آیا جوشکاری فولاد ضد زنگ به تجهیزات خاصی نیاز دارد؟
بله، ابزار و سیم جوش باید مخصوص فولاد زنگ نزن باشد تا از آلودگی سطح جلوگیری شود.

چرا بعد از جوش، رنگ سطح فولاد تغییر می کند؟
به دلیل اکسید شدن سطح در اثر حرارت. با برس کاری یا اسیدشویی قابل رفع است.

کدام روش جوشکاری برای فولاد 304 بهتر است؟
روش TIG به دلیل کنترل بالا بر حرارت و دقت بیشتر، برای فولاد 304 ایده آل است.

چگونه از ترک در جوش فولاد زنگ نزن جلوگیری کنیم؟
با کنترل دمای بین پاس، استفاده از فیلر مناسب و خنک کاری تدریجی.