بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
روکشکاري فولاد ساده کربنی با فولاد زنگ نزن آستنیتی به روش جوشکاري
در این پژوهش به ارزیابی روکشکاري فولاد ساده کربنی از نوع SA-181 با فولاد زنگنزن آستنیتی AISI 309 پرداخته شده است. بدین منظور نمونههایی از جنس فولاد SA-181 تهیه شده و توسط الکترود E309 به روش جوشکاري قوسی با محافظت سرباره و تحت شرایط مختلف جوشکاري شده است. سپس نمونههاي روکشکاري تحت آزمونهاي مختلف مایع نافذ، متالوگرافی، سختیسنجی، کوانتومتري و خمش قرار گرفتهاند. نتایج بررسی هاي به عمل آمده نشان میدهد که روکش حاصله فاقد هرگونه عیوب سطحی و عیوب در فصل مشترك اتصال بوده و داراي ساختاري متشکل از آستنیت همراه با 10-4 درصد فریت میباشد. همچنین روکش حاصله در شرایط روکشکاري مناسب از استحکام چسبندگی مناسبی با زیرلایه برخوردار بوده و مشخصات استاندارد مربوط به روکشکاري فولاد ساده کربنی با فولادهاي زنگنزن براي کاربردهاي خوردگی را داراست.
واژههاي کلیدي: روکشکاري، فولاد ساده کربنی، الکترود E309
مقدمه
عبارت روکشکاري با جوشکاري معمولاً به استفاده از یک لایه نسبتاً ضخیم از فلز جوش (بیشتر از 3 میلیمتر) اشاره دارد که یک سطح مقاوم به خوردگی ایجاد میکند. رویه سختی2 پوششهاي سطحی نازكتري نسبت به روکشکاري تولید میکند معمولاًو براي جبران از دست رفتن ابعاد و یا ایجاد مقاومت به سایش به کار میرود. مواد روکشکاريمعمولاً از جنس فولادهاي زنگنزن آستنیتی و یا آلیاژهاي پایه نیکل هستند و گاهی از آلیاژهاي پایه مس هم استفاده میشود. در بعضی موارد خاص از فلز پرکننده3 از جنس نقره هم استفاده میشود. روکشکاريمعمولاً به روش جوشکاري زیرپودري انجام میشود ولی روشهاي جوشکاري قوسی فلز حفاظت شده (SMAW)، پلاسمایی با استفاده از الکترود توپودري4 ،الکترود سیمی و الکترود تسمهاي نیز وجود دارد. .[2-1]
صرفه اقتصادي روکشکاري با فولاد زنگنزن منوط به دستیابی به بالاترین نرخ رسوبگذاري و کمترین تعداد لایهها است که به خواص شیمیایی مشخصی منجر میشود. سازنده، فلز پرکننده و روش جوشکاري را انتخاب میکند و در عوض مشتري شیمی و ضخامت سطح را تعیین میکند. برجستهترین تفاوت جوشکاري یک اتصال و رسوبگذاري یک لایه5 در وسعت رقیق شدن6 است. درصد رقیق شدن عبارت است از مقدار فلز پایه ذوب شده (x) تقسیم بر مجموع فلز پایه ذوب شده و فلز جوش (x+y) ضرب در صد .[3]
براي روکشکاري با فولاد زنگنزن، سازنده باید به این نکته توجه کند که چگونه رقیق شدن فلز جوش با فلز پایه، روي ترکیب شیمیایی و خواص متالورژیکی مانند مقدار فریت جهت کاهش ترك داغ,7 عدم حضور مارتنزیت در فصل مشترك جهت پیوستگی اتصال8 و کم بودن مقدار کربن براي مقاومت به خوردگی تأثیر میگذارد. طی دو دهه اخیر، چهار نمودار پیشبینی ریزساختار کاربرد گستردهاي یافتهاند که عبارتند از: دیاگرام شفلر9 ، دیلانگ10 و دو دیاگرام انجمن تحقیقات جوشکاري , (WRC-1992 WRC-1988) ارائه شده است.
قطعات روکشکاري شده مستعد به تردي هیدروژنی بوده و دیده شده که سه عامل ساختار مستعد به ترك خوردن، حضور هیدروژن و تنشهاي پسماند عوامل موثر بر ایجاد این عیب در قطعات روکشکاري شده میباشند. بنابراین حذف یا محدود کردن این عوامل بهطور موثري از ایجاد این عیب جلوگیري می- نماید. تمیزکاري مناسب سطح قطعه، خشککردن الکترود و استفاده از یک گاز محافظ از راههاي جلوگیري از ورود هیدروژن میباشند. پیشگرم کردن قطعه و استفاده از الکترودهاي مناسب نظیر الکترود آستنیتی E309 و یا الکترود اینکونل نیز از جمله راههاي تشکیل ساختارهاي با حساسیت کمتر به ترك خوردن و حد حلالیت بالاتري براي هیدروژن و کاهش تنشهاي پسماند میباشد.
به منظور ارزیابی کیفیت نمونههاي روکشکاري شده از آزمونهاي مختلف متالوگرافی، سختی سنجی، کوانتومتري، خمش و آزمون نفوذ هیدروژن استفاده میشود.
در پژوهش حاضر روکشکاري فولاد ساده کربنی از جنس SA-181 با الکترود فولاد زنگنزن آستنیتی از جنس E309 در شرایط مختلف انجام گرفته و به منظور ارزیابی کیفیت روکش، نمونهها تحت آزمونهاي مختلف مایع نافذ، متالوگرافی، سختی سنجی، کوانتومتري و خمش قرار گرفته اند.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش از فولاد ساده کربنی SA-181 به عنوان زیر لایه استفاده شد. براي روکشکاري نمونهها نیز از الکترود E309-17 تولید شده توسط شرکت ایساب سوئد استفاده شد. ترکیب شیمیایی این مواد در جدول 1 آمده است. . به منظور ارزیابی استحکام چسبندگی روکش به فلز پایه نمونههایی از فلز پایه بر اساس استاندارد [4] AWS-B4.0 تهیه شد و عملیات روکشکاري بر روي آنها انجام شد. همچنین نمونههایی به شکل مکعب مستطیل و با ابعاد تقریبی 30* 30*10mm بریده شدند و با استفاده از روش جوشکاري قوسی با محافظت سرباره تحت روکشکاري قرار گرفتند تا آزمایش متالوگرافی، کوانتومتري و سختیسنجی بر روي آنها انجام شود. براي اچ کردن نمونهها و مشاهده ساختار آنها از محلول نایتال 2 درصد و ماربل استفاده شد .
یافته ها و بحث
شکل 1 تغییرات ریزساختار از سمت فلز پایه به سمت فصل مشترك اتصال در مورد نمونه روکشکاري شده نشان داده شده است بررسی ساختارها فصل مشترك اتصال (شکل -1ه) نشان میدهد که روکش اتصال مناسبی به زیر لایه داشته و فاقد هرگونه تركخوردگی و عیوب میباشد. همان طور که مشاهده می- شود, ساختار فلز پایه ساختاري فریتی_ پرلیتی است. مشاهده میشود که فصل مشترك شکلی تیغهاي دارد و بهتدریج به سمت مرکز نمونه به ساختار هممحور فلز پایه نزدیک میشود. دلیل این تغییر ساختار در مجاورت فصل مشترك، اثر حرارت ناشی از جوشکاري است که باعث آستنیته شدن ساختار در منطقه مجاور جوش شده و سپس دراثر سرد شدن سریع ساختار آستنیتی به فریت ویدمن اشتاتن تبدیل شده است.
بهمنظور اطمینان از عدم وجود ترك در فصل مشترك روکش و زیرلایه، نمونهها علاوه بر محلول نایتال با محلول ماربل هم اچ شدند. نمونههاي اچ شده به ماربل نشان دادند که ساختار فلز جوش ساختاري آستنیتی_ فریتی است که حاوي حدود 4 الی 10 درصد فریت است، وجود این فریت باعث جلوگیري از تركخوردگی گرم فلز جوش میشود. ساختار فصل مشترك نمونه اچ شده با
