جلوگیری از خوردگی بین‌دانه‌ای در جوش‌های 308H
خوردگی بین‌دانه‌ای یکی از مهم‌ترین چالش‌های در جوشکاری فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی مانند 308H است. این نوع خوردگی به دلیل غنی‌سازی مرز دانه‌ها از کربن و تشکیل کاربید کروم رخ می‌دهد و می‌تواند به شدت مقاومت به خوردگی جوش را کاهش دهد.
روش‌های جلوگیری از خوردگی بین‌دانه‌ای در جوش‌های 308H:
- انتخاب الکترود مناسب:
- استفاده از الکترودهایی با کربن کم و نیتروژن کم.
- انتخاب الکترودهایی با عناصر پایدارکننده کاربید مانند تیتانیوم یا نیوبیوم.
- کنترل حرارت ورودی:
- کاهش حرارت ورودی به جوش تا حد ممکن، بدون کاهش استحکام جوش.
- استفاده از روش‌های جوشکاری با حرارت ورودی کم مانند جوشکاری با لیزر یا الکترون پرتو.
- پیش گرمایش:
- گرم کردن قطعه کار قبل از جوشکاری به دمایی بالاتر از دمای حساسیت به خوردگی بین‌دانه‌ای.
- پس گرمایش:
- گرم کردن جوش پس از اتمام کار به دمایی بالاتر از دمای حساسیت به خوردگی بین‌دانه‌ای و سپس سرد کردن آهسته.
- استفاده از مواد پرکننده با ترکیب شیمیایی مناسب:
- استفاده از مواد پرکننده‌ای که عناصر آلیاژی آن‌ها با فلز پایه سازگار باشد.
- کنترل سرعت سرد شدن:
- کنترل سرعت سرد شدن جوش به نحوی که از تشکیل کاربید کروم در مرز دانه‌ها جلوگیری شود.
- روش‌های حرارتی پس از جوشکاری:
- آنیل کردن: گرم کردن جوش تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی و سپس سرد کردن آهسته.
- محلول‌سازی: گرم کردن جوش تا دمایی بالاتر از دمای محلول‌سازی کاربید و سپس سرد کردن سریع.
عوامل موثر بر خوردگی بین‌دانه‌ای:
- ترکیب شیمیایی فولاد: میزان کربن، نیتروژن و عناصر آلیاژی دیگر در فولاد.
- حرارت ورودی: مقدار گرمایی که در حین جوشکاری به فلز وارد می‌شود.
- سرعت سرد شدن: سرعت کاهش دما پس از جوشکاری.
- تنش‌های پسماند: تنش‌هایی که در اثر جوشکاری در فلز ایجاد می‌شوند.
توجه: انتخاب روش مناسب برای جلوگیری از خوردگی بین‌دانه‌ای به عوامل مختلفی از جمله نوع فولاد، شرایط کاری و الزامات طراحی بستگی دارد. بنابراین، بهتر است قبل از انجام هرگونه کاری با یک متخصص در این زمینه مشورت کنید.
از تجربه و تخصص ما در زمینه حفاظت از خوردگی در صنایع مختلف از جمله: صنایع پتروشیمی، راه و ساختمان و کشتی رانی، سرمایه ها و افراد در برابر آسیب دیدگی و ضرر ناشی از این پدیده بهره مند شوید.
خوردگی، می تواند منجر به کاهش ایمنی و ضریب اطمینان در صنایع پتروشیمی، راه و ساختمان، کشتی ها، قطعات و تجهیزات دریایی شود.
انواع و علل خوردگی در جوش
انواع خوردگی مختلفی می‌تواند در جوش‌ها به وجود آیند که بیشتر آن‌ها ناشی از تغییرات در ترکیب و ریزساختار هستند. انواع خوردگی در جوش عبارتند از: خوردگی گالوانیکی، خوردگی تنشی، ترک خوردگی هیدروژنی، بین دانه‌ای و خوردگی حفره‌ای. در ادامه هر یک از خوردگی‌های زیر را بررسی خواهیم کرد.
۱) خوردگی گالوانیکی
خوردگی گالوانیکی یا به انگلیسی Galvanic Corrosion، که گاهی اوقات با نام خوردگی دو فلز مختلف در تماس یا Dissimilar Metal Corrosion شناخته می‌شود در اثر در مجاورت بودن دو فلز مختلف که در محیط مرطوب قرار دارند، ایجاد می‌شود.
هنگامی که یک جفت گالوانیکی تشکیل می‌شود؛ یکی از فلزات در جفت تبدیل به آند می‌شود و سریعتر از خورده می‌شود، در حالی که دیگری تبدیل به کاتد می‌شود و کندتر از خورده می‌شود.
هر کدام یا هر دو فلز در زوج ممکن است دچار خوردگی شوند یا نشوند که بستگی به هر دو فلز دارد. از این تکنیک به عنوان یکی از تکنیک‌های محافظت در برابر خوردگی، استفاده می‌شود که با نام خوردگی فداکارانه (Sacrificial Corrosion) شناخته می‌شود.
در جوشکاری برخی از آلیاژ‌ها به علت ماهیت خود جوشکاری پس از جوشکاری ساختار فلز جوش یک ساختار ناهمگن فلز خواهد بود که باعث ایجاد اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی خواهد شد که می‌تواند زمینه ساز خوردگی گالوانیکی شود.
۲) ترک خوردگی تنشی (SCC)
ترک خوردگی تنشی (SCC) که مخفف Stress Corrosion Cracking است یکی دیگر از انواع خوردگی است که می‌تواند در جوش به وجود آید که در مقاله «ترک خوردگی تنشی یا SCC چیست ؟!» به صورت مفصل در مورد آن توضیح داده شده است.
۳) ترک خوردگی هیدروژنی
ترک خوردگی هیدروژنی یا Hydrogen Induced Cracking یکی دیگر از انواع خوردگی است که می‌تواند در جوش به وجود آید که در مقاله «ترک سرد یا ترک هیدروژنی چیست ؟!» به صورت مفصل در مورد آن توضیح داده شده است.
۴) خوردگی بین دانه‌ای
خوردگی بین دانه‌ای یا به انگلیسی Intergranular Corrosion یک نوع دیگر از خوردگی در جوش است که در مرزدانه‌ها یــا مجاور آن‌ها به وجود می‌آید که در مقاله «ترک خوردگی بین دانه ایی چیست ؟!» به صورت مفصل در مورد آن توضیح داده شده است.
۵) خوردگی حفره‌ای
خوردگی حفره‌ای یا Pitting Corrosion حالت خاصی از خوردگی است که فقط در یک منطقه مشخص از فلز ایجاد می‌شود و سایر قسمت‌ها آسیب چندانی نمی‌بینند. خوردگی حفره‌ای از حفره‌ها در فلز ایجاد می‌شود که لزوماً این حفره‌ها نباید روی سطح باشند که سبب بروز خوردگی شوند.
علت‌های مختلفی در بروز خوردگی حفره‌ای نقش دارند که به نوعی شبیه به عامل به وجود آورده خوردگی گالوانیکی است؛ تعدادی از این عوامل عبارت‌اند از: نسبت مساحت کاتد (وسیع‌تر) و آند (کوچک‌تر)، اختلاف در غلطت آند اشاره کرد.
در جوشکاری وجود سطح ناهموار و گوشه‌های تیز در اتصالات جوشی می‌تواند به عنوان مکان‌های ترجیحی عمل کنند که منجر به حملات خوردگی موضعی و حفره‌ای شود. همچنین جوشکاری با الکترود غیر هم جنس که سبب آلیاژ‌سازی ناهمگن شود می‌تواند عامل دیگر بروز خوردگی حفره‌ای در جوش شود.
بررسی مثال واقعی از خوردگی پس از جوشکاری فولاد زنگ نزن
فولاد زنگ نزن به دسته‌ایی که فولاد‌ها اطلاق می‌شود که به علت عناصر آلیاژی که دارند مقاومت لازم در برابر زنگ زدگی را دارند؛ مقاله «۷ آلیاژ مهم فولاد را بهتر بشناسید» مطالعه شود. در ابتدا گمان بر این بود که این فولاد‌ها پس از جوشکاری همانند فلز پایه‌شان مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی دارند اما مشاهدات مختلف خلاف این گمان را اثبات کرده است.
محققان پس از مطالعات گوناگون گزارش کرده‌اند که در طی فرآیند جوشکاری فولادهای زنگ نزن، مناطق مستعد به خوردگی ممکن است ایجاد شوند که این پدیده، حساس شدگی یا Sensitization نامیده می‌شود. پدیده حساس شدگی، در اثر تشکیل کاربید کروم در امتداد مرز‌های دانه ایجاد می‌شود لذا این سبب کاهش نسبی مقدار کروم از نواحی مجاور مرز دانه خواهد شد که منجر به تشکیل تماس فلزی گالوانیکی موضعی و خوردگی گالوانیکی می‌شود.
این پدیده معمولاً با افت مقدار کروم به زیر ۱۲ درصد که حداقل مقدار برای مقاومت در برابر خوردگی است رخ می‌دهد و معمولاً بروز این رخداد در منطقه متأثر از حرارت (HAZ)، بیشتر دیده شده است.
برخی محققان پیشنهاد کرده‌اند که با آنیل و کوئنچ کردن پس از جوشکاری، می‌توان توزیع کروم در فلز را یکنواخت‌تر کرد که این مسأله به علت محدودیت‌های اعوجاج‌های جوشکاری و سایر مسائل جانبی زیاد پیشنهاد نمی‌شود.
با این حال، می‌توان بجای عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT)، می‌توان از سایر روش‌ها استفاده کرد.
استفاده از الکترود یا فیلر پرکننده کم کربن؛ فیلرهای پرکننده کم کربن ۳۰۴L و ۳۱۶L، از تشکیل کاربید، جلوگیری می‌کند.
استفاده از الکترود یا فیلر پرکننده آلیاژ شده با نیوبیم یا تیتانیوم؛ فیلرهای پرکننده ۳۴۷ و ۳۲۱ که حاوی نیوبیم یا تیتانیوم است با واکنش دادن با کربن از تخلیه کروم جلوگیری می‌کنند.
منابع مفید:
- وب سایت عصر مواد: [نشانی وب نامعتبر برداشته شد]
آیا سوال دیگری در این زمینه دارید؟
ملاحظات مهم:
- اطلاعات ارائه شده در این متن صرفاً جنبه اطلاع‌رسانی داشته و جایگزین مشاوره تخصصی نمی‌باشد.
- برای اطمینان از ایمنی و کیفیت کار، همیشه به استانداردها و دستورالعمل‌های مربوطه مراجعه کنید.
کلمات کلیدی: خوردگی بین‌دانه‌ای، جوشکاری، فولاد زنگ‌نزن 308H، حرارت ورودی، پیش گرمایش، پس گرمایش، الکترود
لطفا توجه داشته باشید که این پاسخ به صورت کلی ارائه شده است و برای هر مورد خاص، نیاز به بررسی دقیق‌تر شرایط و انتخاب بهترین روش می‌باشد.