کاربرد جوشکاری لیزری بر روی فولاد ضد زنگ 1

چرا فولاد ضد زنگ را به کمک لیزر جوش دهیم؟

جوشکاری لیزری مزایای متعددی دارد که آن را یکی از موثرترین روش‌های اتصال فولاد ضد زنگ قرار داده است. ترکیب منحصر به فرد از سرعت، دقت و تأثیر حرارتی بسیار کم، نتایجی را فراهم می‌کند که با روش‌های معمول جوشکاری دستیابی به آن دشوار است.

تغییر شکل کم و کبودی حرارتی ناچیز: فولاد ضد زنگ به حرارت حساس است و ورودی حرارتی بیش از حد می‌تواند باعث تابیدگی، تنش‌های پسماندی یا رنگ پریدگی ناخوشایند شود. منبع حرارتی متمرکز جوشکاری لیزری منطقه تحت تأثیر حرارتی (HAZ) باریکی ایجاد می‌کند که به طور قابل توجهی باعث کاهش تغییر شکل می‌شود. همچنین پروفایل حرارتی کنترل شده، کبودی حرارتی را محدود کرده و مقاومت فلز در برابر خوردگی را حفظ می‌کند و نیاز به تمیز کردن پس از جوشکاری را کاهش یا حذف می‌کند.

سرعت بالا و سازگاری با اتوماسیون: جوشکاری لیزری می‌تواند در سرعت‌های بالای حرکتی انجام شود، که آن را برای تولید انبوه مناسب می‌کند. این فرآیند به راحتی در خطوط تولید اتوماتیک یکپارچه می‌شود، و سیستم‌های رباتیکی می‌توانند جوش‌های یکنواختی ایجاد کنند بدون اینکه خستگی اپراتور تأثیری داشته باشد. این امر باعث بهبود ظرفیت تولید در کنار حفظ کیفیت می‌شود.

دقت بسیار بالا: پرتو لیزر را می‌توان روی یک نقطه بسیار کوچک متمرکز کرد، که این امکان را فراهم می‌کند تا جوش دقیقاً در محل مورد نظر قرار گیرد. این ویژگی زمانی ضروری است که با بخش‌های نازک فولاد ضد‌زنگ، طرح‌های پیچیده، یا قطعاتی که تحمل خطا در آن‌ها بسیار کم است، کار می‌کنیم.

دسترسی و جوشکاری یک‌طرفه: برخلاف برخی روش‌های سنتی جوشکاری، جوشکاری لیزری اغلب تنها نیازمند دسترسی از یک طرف اتصال است. این امر آن را برای مونتاژهای پیچیده یا مناطق با دسترسی محدود بسیار مفید می‌کند.

فرآیند تمیز: جوشکاری لیزری یک فرآیند غیرتماسی است که حداقل پاشش، دود یا آلودگی تولید می‌کند. این موضوع نه تنها ایمنی و تمیزی در محیط کارخانه را بهبود می‌دهد، بلکه نیاز به پایان دادن گسترده پس از جوشکاری را نیز کاهش می‌دهد.

جوشکاری لیزری فولاد ضدزنگ با ترکیبی از سرعت، دقت و ورودی حرارتی کم، منجر به جوش‌های قوی و از نظر ظاهری تمیز با کمترین نیاز به بازکاری می‌شود. سازگاری آن با اتوماسیون و دسترسی یک‌طرفه، آن را انتخابی ایده‌آل برای هم تولید انبوه و هم کاربردهای تخصصی می‌کند و مزایای کیفیت و کارایی در بلندمدت را فراهم می‌کند.

خانواده‌های فولاد ضدزنگ و معنای آنها از نظر جوشکاری

فولادهای ضدزنگ بر اساس ساختار کریستالی و ترکیب آلیاژی خود در گروه‌هایی قرار می‌گیرند. این تفاوت‌ها به‌طور مستقیم قابلیت جوش‌پذیری، واکنش به گرما و خواص مکانیکی نهایی آنها را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در جوشکاری لیزری، درک این ویژگی‌ها برای جلوگیری از عیوبی مانند ترک، تاب‌خوردگی، از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی یا عدم تعادل فازی ضروری است.

اُستنیتیک

ساختار و ترکیب: ساختار مکعبی مرکزدار (FCC)، معمولاً حاوی 16 تا 26 درصد کروم و 6 تا 12 درصد نیکل. درجه‌های استاندارد شامل 304، 316 و 310 می‌شوند.

جوش‌پذیری: جوش‌پذیری و انعطاف‌پذیری بسیار خوب، اما انبساط حرارتی بالا می‌تواند منجر به تغییر شکل دهد. هدایت حرارتی پایین نیز می‌تواند در صورت کنترل نکردن پارامترها منجر به گرمای موضعی بیش از حد شود.

نکات مربوط به جوشکاری با لیزر: مقدار حرارت ورودی را کم نگه دارید تا اعوجاج را به حداقل برسانید. از مخلوط گازهای محافظ (مانند آرگون- هلیوم) برای بهبود نفوذ و کاهش اکسیداسیون استفاده کنید. از حساسیت‌زایی با کنترل دمای بین‌لایه‌ای و سرعت خنک‌کنندگی جلوگیری کنید.

کاربردها: تجهیزات فرآوری مواد غذایی، مخازن شیمیایی، روکش‌های معماری.

فریتیک

ساختار و ترکیب: ساختار مکعبی مرکزدار بدنی (BCC) با 10.5 تا 30 درصد کروم، نیکل بسیار کم یا بدون نیکل. درجه‌های متداول: 409 و 430.

جوش‌پذیری: جوش‌پذیری متوسط – مستعد رشد دانه و تردی در منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ). انبساط حرارتی پایین به معنای تغییر شکل کمتر نسبت به درجه‌های آستنیتی است.

نکات جوشکاری لیزری: حفظ دمای پایین ورودی و خنک‌کنندگی سریع برای جلوگیری از تشکیل دانه‌های درشت. فلز پرکننده اغلب غیرضروری است اما ممکن است برای بهبود استحکام ضربه‌ای در بخش‌های ضخیم استفاده شود.

کاربردها: سیستم‌های دودکش خودرو، لوازم صنعتی، تزئینات دکوراتیو.

مارتنزیتیک

ساختار و ترکیب: ساختار BCC/تتراگونال با 11.5 تا 18 درصد کروم و محتوای کربن بالاتر. درجه‌های رایج: 410، 420، 440C.

قابلیت جوشکاری: به دلیل سختی و شکنندگی، جوشکاری دشوارتر است. خطر بالای ترک خوردگی سرد در منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ).

نکات جوشکاری لیزری: پیش گرم کردن تا 150 –300℃ برای کاهش گرادیان سختی. استفاده از عملیات حرارتی پس از جوشکاری برای بازگرداندن استحکام ضربه‌ای. مواد پرکننده با محتوای کربن پایین می‌توانند به کاهش حساسیت ترک خوردگی کمک کنند.

کاربردها: پره‌های توربین، چاقوها، ابزارهای جراحی.

سخت شونده توسط رسوب‌گذاری (PH)

ساختار و ترکیب: ساختار مارتنزیتی یا نیمه-ااستنیتی با عناصر آلیاژی اضافی (مثلاً Cu، Al، Nb، Ti) که اجازه سخت شدن با سنگ‌زنی را می‌دهد. مثال: 17-4PH.

قابلیت جوشکاری: قابلیت جوشکاری خوب، اما خواص مکانیکی به شدت به عملیات حرارتی وابسته است.

نکات جوشکاری لیزری: جوشکاری را در حالت درمان کردن محلول انجام دهید، سپس پس از جوشکاری عملیات حرارتی انجام دهید تا استحکام بازیابی شود. از ورودی حرارتی بیش از حد خودداری کنید تا از فرامیدانی یا تغییر شکل جلوگیری شود.

کاربردها: قطعات هوافضا، شفت‌های با استحکام بالا، تجهیزات پتروشیمی.

دوپلکس و سوپر دوپلکس

ساختار و ترکیب: تقریباً 50/50 فاز آستنیتی و فریتی، با کروم بالا (19–32 درصد)، مولیبدن و نیتروژن برای مقاومت خوردگی افزایش یافته. درجات رایج: 2205، 2507.

قابلیت جوشکاری: قابلیت جوشکاری خوب اما نسبت به عدم تعادل فاز حساس است — حرارت بیش از حد می‌تواند باعث غلبه فریت یا فاز سیگما شود و مقاومت خوردگی و چقرمگی را کاهش دهد.

نکات جوشکاری لیزری: استفاده کنید ورودی حرارتی متوسط و کنترل شده و دمای بین‌لایه‌ای را در زیر 150 درجه سانتی‌گراد حفظ کنید ℃. خلوص گاز محافظ بسیار مهم است تا از دست دادن نیتروژن جلوگیری شود.

کاربردها: پلتفرم‌های دریایی، نیروگاه‌های شیرین‌کننده آب دریا، تجهیزات پردازش شیمیایی.

هر خانواده از فولادهای زنگ‌نزن به شدت گرما در جوشکاری لیزری واکنش متفاوتی نشان می‌دهد. استنیتی‌ها به راحتی جوش می‌خورند اما به راحتی تغییر شکل می‌دهند، فریتی‌ها پایدار هستند اما در معرض خطر درشت شدن دانه‌ها قرار دارند، مارتنزیتی‌ها به گرم کردن اولیه و پالایش نیاز دارند، درجه‌های رسوب‌گذاری (PH) نیازمند پیرسازی پس از جوش هستند، و انواع دوپلکس کنترل دقیق فاز را می‌طلبند. انتخاب پارامترهای لیزری مناسب، فلزات پرکننده و تیمارهای پس از جوش بر اساس خانواده خاص، ایجاد جوش‌هایی با حفظ استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را تضمین می‌کند.