מדוע נירוסטה נוטה להחליד לאחר ריתוך?

חלודה על נירוסטה לאחר ריתוך היא כאב ראש נפוץ עבור מהנדסים ובנאים רבים. כשמסתכלים על החלודה הצהובה מסביב לריתוך על המשטח החלק במקור, התגובה הראשונה של אנשים היא לעתים קרובות "האם החומר שנקנה מזויף?" למעשה, ברוב המקרים, החומר הוא מקורי, והבעיה נעוצה בתהליך ההכרחי של הריתוך עצמו, השובר את האיזון העדין של הנירוסטה.

1. איך עובד קמיע הנירוסטה?

• מחסום ליבה: סרט תחמוצת כרום

תכולת הכרום בנירוסטה בדרך כלל עולה על 10.5%. כאשר נחשף לאוויר, כרום יגיב במהירות עם חמצן, וייצור סרט פסיבציה דק מאוד (בערך 1-3 ננומטר) אך צפוף במיוחד (Cr₂O₃) על פני השטח. סרט זה אינו נראה לעין בלתי מזוינת, אך ניתן לחבר אותו בחוזקה כמו שריון, ולבודד למעשה את המגע בין מטריצת פלדה וחומר מאכל.

• מטאפורה חיה:

סרט הפסיבציה הזה הוא כמו עור אנושי. עור טוב יכול להתנגד לחיידקים חיצוניים; ריתוך שווה ערך ל"כוויה עמוקה" באזור המקומי, והעור נהרס. אם לא יטופל נכון בזמן, הפצע יהיה נגוע ודלקתי.

2. ניתוח ההשפעה של שדה תרמי ריתוך על מבנה המיקרו ותכונות הפלדה

(1) התופעה של "מחסור בכרום" באזור מושפע חום (HAZ)-ההמרצה הבסיסית ביותר.

זוהי הסיבה המרכזית והמקצועית ביותר לחלודה מפרקים. כאשר טמפרטורת הריתוך מגיעה לטווח הרגיש של 450 מעלות עד 850 מעלות (במיוחד בזמן קירור איטי), כרום בנירוסטה ישתלב עם פחמן ויפלט כרום קרביד (CRC) לאורך גבול התבואה.

• השלכות חמורות: כרום "נעול" בקרביד ואינו יכול להשתתף ביצירת סרט פסיבי. הדבר מוביל לירידה חדה בתכולת הכרום באזור גבול התבואה מסביב לקרביד (כלומר "דל בכרום"), ולעיתים אף נמוכה מהערך הקריטי של 10.5% לשמירה על עמידות בפני חלודה.
• ביצועים אינטואיטיביים: בסביבה קורוזיבית (אפילו באוויר לח), גבולות גרגירים ירודים של כרום יהפכו לנתיב הקורוזיה המועדף. קורוזיה מתפתחת פנימה לאורך גבול התבואה, ויוצרת קו חלודה גלוי משני צידי הריתוך, מה שמכונה במקצועה "קורוזיה בין-גרעינית". במקרים חמורים, החומר עלול אפילו להישבר לאורך גבול התבואה.

(2) "שינוי פיזי" של גוף ריתוך

• לערבב- חומרים: אם אתה משתמש במתכת מילוי שגויה ((כמו ריתוך פלדה 304 עם חוט 308) או שההגדרות שלך כבויות, ייתכן שהריתוך לא מכיל את אותם החומרים כמו המתכת הבסיסית, מה שעלול לגרום לו להחליד מהר יותר.
• בעיות בגודל גרגר: אמצע הריתוך נמס ומשתפר, יוצר גבישים גדולים יותר מהמתכת המקורית. גבישים גדולים פירושם בדרך כלל הגנת חלודה חלשה יותר.
• העשרה ופגמים של זיהומים: זיהומים, נקבוביות והכללת סיגים עלולים להיות מוכנסים במהלך הריתוך, אשר הופכים לנקודת המוצא של קורוזיה.

(3) הרס מצב פני השטח

• חימצון וצבע חיסום: בטמפרטורה גבוהה תיווצר בשרוך ובסביבתו אבנית תחמוצת עבה (כחול, סגול, צהוב ועוד צבעי מזג). אבנית התחמוצת הזו רופפת ונקבוביה, והמתכת שמתחתיה עדיין במצב ירוד- בכרום, והצבע עצמו הוא תחילתה של קורוזיה.
• חספוס מוגבר: סיגים ונתזים ריתוך הופכים את פני השטח למחוספסים, מה שמקל על ספיגת לחות ויונים קורוזיביים, ולא קל ליצור סרט פסיביות שלם.

3. פעולות נפוצות המחמירות בעיות בלחימה בפועל

• אי שימוש בחומרי ריתוך מתאימים: אם נעשה שימוש לרעה באלקטרודה מכוסה פלדת פחמן רגילה בעת ריתוך פלדת אל חלד 316L, עמידות הריתוך בפני קורוזיה תיהרס לחלוטין.
• חוסר בגז מגן או הגנה לא מספקת: בריתוך מוגן גז אינרטי, זרימת הגז וטוהר הגז אינם מספיקים או שזמן גרירת הכיסוי קצר, מה שיוביל לחדירת אוויר של הריתוך בטמפרטורה גבוהה וחמצון רציני.
• פרמטרים לא תקינים של ריתוך: אנרגיית קו מופרזת (זרם ומתח גבוהים, מהירות איטית) תגרום לאזור המושפע מהחום להיות רחב יותר ואת המחסור בכרום לחמור יותר.
• אין טיפול לאחר ריתוך: נחשב ש"די בריתוך", והריתוך והאזורים שמסביב אינם מנוקים, מוחמצים או פסיביים, מה ששווה לחשיפה ישירה של הפצע ה"שרוף".

4. פתרונות מקצועיים: ממניעה לתיקון

שלב המניעה:

• התאמת חומרים: בחרו אלמנטים מייצבים ב-פחמן נמוך או נירוסטה (כגון 304L ו-316L, או 321 ו-347 המכילים טיטניום/ניוביום). הם יכולים להפחית את המשקעים של כרום קרביד.
• בקרת תהליך: אימוץ זרם נמוך ומהירות ריתוך מהירה כדי להפחית את כניסת החום; ודא שהגנה על גז אינרטי מספקת ויעילה; במידת הצורך, לחמם מראש את הצלחת העבה או לשלוט בטמפרטורת הבין-שכבה כדי להימנע מהישארות בטווח טמפרטורת הרגישות.
• בחירת חומרי ריתוך: בחרו בחומר ריתוך בעל הרכב כימי תואם או אפילו טוב יותר (כגון ריתוך 304 עם חומר ריתוך 316 להגדלת תכולת המוליבדן).

טיפול לאחר-ריתוך:

(1) ניקוי מכני: השתמש בגלגל שחיקה מיוחד מנירוסטה או מברשת תיל (שחייבת להיות מיוחדת לנירוסטה כדי למנוע זיהום מפלדת פחמן) כדי להסיר סיגים ונתזים ריתוך.

(2) פסיבציה של כבישה בחומצה: זהו שלב הליבה לשחזור עמידות בפני קורוזיה.

• כבישה: השתמש בתמיסה מעורבת של חומצה חנקתית-הידרופלואורית כדי להסיר את אבנית התחמוצת והשכבה הגרועה של הכרום- באזור הריתוך והחום.
• פסיבציה: טפל בתמיסת פסיבציה כגון חומצה חנקתית או חומצת לימון כדי לקדם את פני השטח ליצור שוב סרט שלם וצפוף של תחמוצת כרום.

(3) ליטוש אלקטרוליטי: למוצרים עם ביקוש- גבוה, ניתן ליישר את פני השטח על ידי ליטוש אלקטרוליטי, וניתן לקבל סרט פסיביציה מעולה בו זמנית.