مهمترین گام برای جوشکاری غیرهمجنس فولادهای زنگ نزن به فولاد ساده کربنی و کم آلیاژ ، انتخاب فلز پرکننده مناسب می باشد. در این اتصالات برای تعیین فلز پرکننده از دیاگرام های شافلر و دیاگرام WRC- 1992 استفاده می کنند.
لازم به ذکر است که هنگام انتخاب فلز پرکننده اینگونه اتصالات، به دمای کاری قطعه پس از جوشکاری باید توجه خاصی داشت .با توجه به تمامی این مسائل می توان بررسی انتخاب فلز جوش را به دو دسته کار در دمای متوسط و دمای بالا تقسیم کرد که در ادامه به تشریح این موارد پرداخته می شود.
انتخاب فلز پرکننده برای کار در دمای متوسط
معمولاً برای کاربردهای تا زیر دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد از فلزپرکننده زنگ نزن آستنیتی جهت اتصال فولادهای کربنی و کم آلیاژ به فولادهای زنگ نزن استفاده می شود.
انتخاب فلز جوش برای کار در دمای بالا
برای کاربردهای دما بالا (۴۰۰ درجه سانتیگراد به بالا) به طور معمول از آلیاژهای پایه نیکلی به جای فولادهای آستنیتی استفاده می گردد. این دسته از فلزهای پرکننده چندین مزیت را نسبت فلزات پرکننده زنگ نزن آستنیتی دارا می باشند به خصوص زمانی که اتصال، تحت تنشهای سیکلی حرارتی در دمای بالا قرار داشته باشد:
- کنترل میزان رقیق شدن در حین جوشکاری و به عبارت بهتر قابلیت تطابق با هر میزان رقیق شدن برای جلوگیری از ترک گرم بعد از انجماد فلز جوش.
- کاهش مشکلات ایجاد شده ناشی از پدیده مهاجرت کربن از سمت فولاد کربنی و یا کم آلیاژ به داخل فلز جوش.
- ضریب انبساط حرارتی نزدیکتر این دسته از آلیاژها به فولاد ساده کربنی نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی و در نتیجه کاهش تنش ناشی از سیکل حرارتی در محل اتصال فولاد ساده کربنی و کم آلیاژ.
- بالا بودن مقاوم در برابر اکسیداسیون این این دسته از آلیاژها و در نتیجه بالا رفتن مقاومت به خزش در دمای بالا که باعث بهبود خواص مکانیکی در دمای بالا میگردد.
در خصوص جوشکاری فولادهای زنگ نزن به فولادهای کربنی و یا کم آلیاژ در دماهای سرویس دهی بالا (۴۰۰ درجه سانتیگراد به بالا) استفاده از تکنیک ایجاد لایه واسطه (Buttering) با استفاده از الکترودهای پایه نیکلی بسیار مفید می باشد و بطور قابل ملاحظه ای خواص مکانیکی و فیزیکی اتصال را افزایش می دهد. بدین منظور، ابتدا لایه واسطه بر روی فولاد کربنی و یا کم آلیاژ ایجاد شده و در نهایت جوشکاری نهایی با همان الکترود انجام می گردد .
استفاده از تکنیک لایه واسطه و جوشکاری نهایی با استفاده از فلزات پرکننده پایه نیکلی در جوشکاری اینگونه اتصالات دارای مزایای ذیل می باشد:
برطرف نمودن مشکلات ناشی از اختلاف در دمای ذوب فلزات پایه:
این مشکل با اعمال لایه واسطه بر روی قطعه با نقطه ذوب بالاتر به حداقل می رسد. البته باید توجه داشت که اختلاف نقطه ذوب لایه واسطه با هر دو فلز پایه باید کمتر از۱۰۰ درجه سانتیگراد باشد. پس از اعمال لایه واسطه، در واقع اتصال نهایی بین سطح پوشش داده شده و فلز با نقطه ذوب کمتر ایجاد می گردد و بدین ترتیب و به دلیل کاهش در اختلاف نقطه ذوب، مشکلات ناشی از این مساله به حداقل می رسد.
برطرف نمودن مشکلات ناشی از اختلاف در ضریب هدایت حرارتی فلزات پایه:
این مشکل نیز با اعمال لایه واسطه به حداقل می رسد. بدین صورت که لایه واسطه به گونه ای انتخاب می گردد که ضریب هدایت حرارتی آن تا حد امکان کمترین اختلاف را با یکی از دو فلز پایه داشته باشد. پس از اعمال لایه واسطه بر روی فلز پایه ای که ضریب هدایت حرارتی آن در انتخاب جنس لایه واسطه مد نظر نبوده است، اتصال نهایی بین سطح پوشش داده شده با فلز پایه ای که ضریب هدایت حرارتی آن با ضریب هدایت حرارتی لایه واسطه اختلاف کمتری دارد، مشکلات ناشی از اختلاف در ضریب هدایت حرارتی را به حداقل می رساند.
برطرف نمودن مشکلات ناشی از اختلاف در ضریب انبساطحرارتی فلزات پایه:
بزرگترین مشکل ناشی از اختلاف در ضریب انبساط حرارتی فلزات پایه، ایجاد تنشهای پسماند در قطعات جوشکاری شده می باشد. برای جلوگیری از این مشکل می توان از تکنیک ایجاد لایه واسطه بر روی سطح فلزی که نیاز به عملیات حراراتی دارد استفاده نمود. ولی در این خصوص به این نکته باید توجه کرد که ضریب انبساط حرارتی لایه واسطه باید مابین ضریب انبساط حرارتی دو فلز پایه باشد. بعد از ایجاد لایه واسطه و پس از انجام عملیات حرارتی لازم بر روی قطعه، نهایتا قطعه پوشش داده شده به فلز دیگر جوشکاری می گردد. در این حالت از آنجا که میزان بالا رفتن دمای فلز پوشش داده شده در هنگام جوشکاری به دلیل وجود لایه واسطه تا میزان زیادی کاهش می یابد و همچنین از آنجا که اختلاف ضریب انبساط حرارتی لایه واسطه و فلز پایه بسیار کمتر از اختلاف ضریب انبساط حرارتی دو فلز پایه می باشد لذا بعد از انجام جوشکاری، تنشهای پسماند بسیار کمتری ایجاد شده و در نتیجه نیاز به عملیات پسگرم و تنشگیری مجدد نبوده و اتصال مورد نظر می تواند مستقیما در شرایط سرویس دهی قرار گیرد. ضمن آنکه باید توجه داشت خواص مکانیکی و فیزیکی لایه واسطه باید بگونه ای انتخاب گردد تا کمترین حساسیت را به عملیات حرارتی بعد از جوشکاری احتمالی فلز پوشش داده شده داشته باشد.
سایر مزایا:
- جلوگیری از نفوذ عناصر آلیاژی فلز پایه به فلز جوش و بالعکس و در نتیجه کاهش رقیق شدگی فلز جوش و همچنین کاهش مشکلات ناشی از اثر متقابل فلز جوش- فلزپایه و عدم پایداری ریز ساختار بخصوص در زمانی که قطعه در دمای بالا سرویس دهی می نماید.
- جلوگیری از وزش قوس و مشکلات ناشی از آن در جوشکاری دو فلز غیرمغناطیسی و مغناطیسی به یکدیگر با ایجاد لایه واسطه غیرمغناطیسی بر روی سطح فلز پایه مغناطیسی.
- علاوه بر مزایای ذکر شده در بالا، لایه واسطه این امکان را به اتصال می دهد تا بعد از اعمال لایه واسطه بر روی فولاد کربنی و یا کم آلیاژ و قبل از جوشکاری نهایی به فولاد زنگ نزن، عملیات تنش زدایی جهت کاهش احتمال ترک هیدروژنی و شکست خزشی در ناحیه تحت تاثیر حرارت فولادهای کم آلیاژ بر روی فولاد کربنی و یا کم آلیاژ پوشش شده اعمال گردد و در جوشکاری نهایی بین فولاد پوششکاری شده به فولاد زنگ نزن از آنجا که اختلاف ضریب انبساط حرارتی لایه واسطه پایه نیکلی و فولاد زنگ نزن بسیار کمتر از اختلاف ضریب انبساط حرارتی فولاد کم آلیاژ با فولاد زنگ نزن می باشد لذا در جوشکاری نهایی تنشهای پسماند بسیار کمتری ایجاد شده و عملا نیاز به عملیات تنش زدایی بعد از جوشکاری نیاز نمی باشد و از مشکلات ناشی از عملیات حرارتی این نوع اتصالات جلوگیری نماید.
