با بیش از ربع قرن تجربه در زمینه ارائه انواع محصولات استنلس استیل

قیمت ورق استیل؛ فروش انواع ورق استیل صنعتی و ورق استنلس استیل در آلیاژ و ضخامت های مختلف. با حرفه‌ای‌ها خرید کنید تلفن: 35089-021

فصل دهم - عملیات ساخت استنلس استیل

تولید تجهیزات از جنس استنلس استیل شامل چندین مرحله مختلف برشکاری، شکل دادن، جوشکاری و ماشینکاری بوده که در این فصل مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند.

جوشکاری

روش های جوشکاری را می توان به دو نوع ذوبی، که در آن برای اتصال دو فلز به یکدیگر، نقاط اتصال را ذوب کرده و به یکدیگر می‌چسبانند تا هنگام سرد شدن در اثر انجماد، اتصال برقرار شود و در عین حال ممکن است یک فلز دیگر (معمولاً در الکترود) نیز برای کنترل ضخامت محل اتصال مورد استفاده قرار گیرد، و فشاری که در آن نیازی به ذوب شدن فلز پایه نبوده و یکپارچه شدن قطعات فلزی از طریق اعمال فشار به‌ تنهایی یا همراه با حرارت صورت می‌گیرد. در این حالت معمولاً فلز پایه به نقطه ذوب نمی‌رسد. در صورت استفاده از حرارت برای آمیختن قطعات به یکدیگر، از فلز پرکننده استفاده نمی‌شود.
روشهای جوشکاری ذوبی عبارتند از: جوشکاری قوسی با الکترود روکشدار (SMAW)، جوشکاری فلز تحت گاز محافط (MIG)، جوشکاری تحت گاز محافظ فعال (MAG)، جوشکاری قوسی توپودری (FCAW)، جوشکاری با گاز آرگون (TIG)، جوشکاری قوس پلاسما (PAW)، جوشکاری زیرپودری (SAW) جوشکاری با لیزر (LBW) و جوشکاری ترکیبی با لیزر.
روش های جوشکاری تحت فشار (مقاومتی) شامل جوش مقاومتی نقطه ای (RSW)، جوشکاری مقاومتی درز جوش (RSW) و جوش مقاومتی با فرکانس بالا می باشد.
ریزساختار جوش در استنلس استیل تا حد زیادی به ترکیب شیمیایی وابسته می باشد. نمودارهای شرطی مانند نمودار شفلر-دی لانگ (شکل 2:10 در فصل 2)، ممکن است برای پیش بینی ریزساختار جوش مناسب نباشند، اما به منظور دریافت پیشینه حرارتی، به خصوص نرخ خنک شدن پس از جوش تاثیر زیادی خواهد داشت.
لازم به ذکر است که ریزساختار جوش به عنوان خواص ماده در نظر گرفته نمی شود. در عوض خواص فنی مانند استحکام مکانیکی، شکل پذیری، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی در محیط های مختلف از جمله عواملی هستند که برای قطعات باید در نظر گرفته شوند.
از جنبه های مهم دیگر برای سازنده، بهره وری و خطر رخ دادن عیوب غیرمنتظره هنگام جوشکاری می باشد. به همین دلیل، همیشه قبل از انجام فرایندهای جوشکاری، تناسب روش جوشکاری برای مواد مورد نظر بایستی با دقت صورت بگیرد. در این صورت است که می توان عیوب و نقایص غیرمنتظره در محصول نهایی را شناسایی و از رخ دادن آنها جلوگیری نمود. اطلاعات بیشتر در مورد جوشکاری استنلس استیل را می توان در کتب مرجع جوشکاری مطالعه نمود.

استنلس استیل فریتی

با توجه به عدم انعطاف پذیری استنلس استیل فریتی با ضخامت بالا، جوشکاری آن نسبت به نوع آستنیتی دارای محدودیت بیشتری می باشد. به همین جهت ورق های نازک (شیت)، به منظور اطمینان از انعطاف پذیری و چقرمگی در جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرند. 
خواص جوشکاری به شدت تحت تاثیر پارامتر های جوشکاری قرار می گیرند. گریدهای فریتی ترجیحاً باید با استفاده از حداقل گرمای ورودی جوشکاری شوند تا از رشد بیش از حد دانه در منطقه HAZ جلوگیری شود. از بکار بردن الکترودهای مرطوب و گازهای محافظ حاوی هیدروژن یا نیتروژن باید خودداری شود. به دلیل انبساط حرارتی کمتر و هدایت حرارتی بالاتر در استنلس استیل فریتی، اعوجاج و کمانش در حین جوشکاری در مقایسه با استنلس استیل آستنیتی و دوپلکس کمتر می باشد. شکل 10:1 نمونه ای از ریزساختار در یک جوش فریتی را نشان می دهد.

شکل 10:1-جوش فریتی. سمت راست: جوشکاری، چپ: منطقه HAZ

استنلس استیل مارتنزیتی

جوشکاری استنلس استیل مارتنزیتی، با توجه به سختی بالایی که دارد، در مقایسه با سایر گریدها دشوارتر می باشد. عملیات جوشکاری روی این آلیاژ، موجب ایجاد ناحیه ی سخت مارتنزیتی در مجاورت جوش شده و مستعد ترک خوردن می باشد. هرقدر کربن در ترکیب آلیاژ بیشتر باشد، سختی آن بیشتر شده و به پیچیدگی های جوشکاری می افزاید. حضور هیدروژن نیز خطر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن را افزایش می دهد.
البته گریدهای مارتنزیتی را می توان با موفقیت جوشکاری نمود، به شرطی که اقدامات احتیاطی مناسب به منظور جلوگیری از ترک خوردگی در منطقه HAZ انجام گیرد. برای دستیابی به یک جوش مناسب، انجام عملیات پیشگرم و پسگرم ضروری می باشد. برای دستیابی به استحکام کامل اتصال جوش نیز، مواد پر کننده بایستی هم جنس با قطعات باشد. درصورتی که عملیات پسگرم امکان پذیر نباشد، می توان از پر کننده های آستنیتی یا دوپلکس برای بهبود شکل پذیری استفاده نمود.
شکل 10:2 نمونه ای از ریزساختار در یک جوش مارتنزیتی را نشان می دهد.

شکل 10:2- جوش مارتنزیتی. سمت راست: جوشکاری، چپ: منطقه HAZ

استنلس استیل دوپلکس

استنلس استیل دوپلکس از قابلیت و خواص جوشکاری بهتری نسبت به انواع فریتی برخوردار است. البته این قابلیت و خواص به خوبی گریدهای آستنیتی نیست. استنلس استیل های دوپلکس مدرن با توجه به محتوای نیتروژن در ترکیب، به راحتی قابل جوشکاری می باشند.
خواص جوشکاری تحت تاثیر پارامترهای جوشکاری مانند محدوده گرمای ورودی قرار می گیرد، به همین دلیل برای دستیابی به ساختار قابل قبول جوشکاری، بایستی مراحلی مناسب را دنبال نمود. انجماد جوش استنلس استیل دوپلکس معمولاً شامل ساختاری کاملاً فریتی، با محوریت آستنیت بوده و رشد دانه ها در حین سرد شدن اتفاق می افتد. فیلرهای جوشکاری استنلس استیل دوپلکس با محتوای بالاتر نیکل طراحی شده اند تا تعادل فازی مشابه با ماده پایه اولیه ایجاد گردد. جوشکاری ذوبی بدون پر کننده، برای استنلس استیل دوپلکس توصیه نمی شود. ریز ساختار گریدهای دوپلکس نسبت به آلیاژهای آستنیتی در برابر تاثیرات پاسهای متناوب جوشکاری حساس تر می باشند. برای کاهش این اثر بر ریزساختار، دمای بین پاسی بایستی حداکثر تا 150 درجه سانتی گراد برای گریدهای استاندارد دوپلکس، و تا 100 درجه سانتی گراد برای آلیاژهای سوپردوپلکس برسد. شکل 10:3 نمونه ای از ریزساختار در یک جوش دوپلکس را نشان می دهد.

شکل 10:3- جوش دوپلکس. سمت راست: جوشکاری، چپ: منطقه HAZ

استنلس استیل آستنیتی

به طور کلی، استنلس استیل آستنیتی از قابلیت جوشکاری بسیار خوبی برخوردار است. ریزساختار جوش نهایی حاوی چند درصد فریت دلتا است. سطح گرمای ورودی برای اکثر گریدهای آستنیتی ممکن است تا حدود 2.5 کیلوژول در میلیمتر نیز باشد.
اگر جوشکاری بر روی گریدهای تثبیت شده یا کاملاً آستنیتی انجام گیرد، برای جلوگیری از ترک های ناشی از انجماد، گرمای ورودی کمتری (کمتر از 1.5 کیلوژول در میلیمتر) مورد نیاز می باشد. گریدهای آستنیتی در مقایسه با فولادهای فریتی و دوپلکس حدوداً 50 درصد انسباط حرارتی بیشتری دارند، به طوریکه تغییر شکل و تنش ناشی از جمع شدگی ناشی از جوشکاری در آن بیشتر خواهد بود.
در گریدهای آستنیتی پر آلیاژ، مقاومت در برابر خوردگی حفره ای به دلیل جدایش ناشی از عنصر مولیبدن، در طول انجماد کاهش می یابد. بنابراین، در بیشتر موارد، به منظور افزایش مقاومت در برابر خوردگی، فلزات پرکننده را با مقادیر بیشتری از کروم، نیکل و مولیبدن آلیاژ می کنند. برای پرآلیاژترین گریدهای آستنیتی از پرکننده های پایه نیکل استفاده می شود.
گریدهای آستنیتی آلیاژ شده با منگنز، فولادهای کروم-منگنز، در مقایسه با هزینه متعادلی که دارند، از استحکام بالایی برخوردار می باشند. این گریدها از آنجا که بیشتر در معرض ترک خوردگی گرم (ترک حاصل از انجماد جوش) هستند، نسبت به آلیاژهای استاندارد کروم-نیکل از قابلیت جوشکاری کمتری برخوردارند. جوشکاری به طور طبیعی اثر نرم شوندگی در ناحیه جوش خواهد داشت و این موضوع بایستی در مراحل طراحی مورد توجه قرار گیرد. شکل 10:4 نمونه ای از ریزساختار در یک جوش آستنیتی را نشان می دهد.

شکل 10:4- جوش آستنیتی. سمت راست: جوشکاری، چپ: منطقه HAZ

برشکاری

برشکاری استنلس استیل می تواند شامل برش با قیچی، سوراخکاری، برش با اره و برش حرارتی مانند برش با پلاسما و لیزر باشد. تفاوت عمده در برش کربن استیل معمولی با استنلس استیل، نیاز به نیروی برش بالاتر می باشد. البته از همان روش هایی که برای برشکاری کربن استیل استفاده می شود می توان برای برشکاری استنلس استیل نیز استفاده کرد. میزان استحکام استنلس استیل فریتی در هنگام برشکاری مشابه با کربن استیل می باشد. مسئله اصلی در هنگام برشکاری و سوراخکاری، سایش یا خرد شدن ابزار می باشد، زیرا این امر تاثیر زیادی بر کیفیت لبه دارد. در برش های حرارتی، پارامترهایی مانند گاز محافظ و انرژی ورودی می تواند بر میزان سوراخ شدن تاثیر بگذارد.

ماشینکاری

فرآیندهای ماشینکاری شامل فرزکاری، تراشکاری، مته زنی و رزوه کاری می باشد. ماشینکاری انواع استنلس استیل نسبت به گریدهای استاندارد کربن استیل سخت تر بوده و بر اساس قانونی کلی، هرقدر محتوای عناصر آلیاژی بالاتر باشد، ماشینکاری آن نیز دشوارتر است. همچنین ماشینکاری گریدهای فریتی در مقایسه با انواع آستنیتی آسان تر می باشد. 
از فولادهای زنگ نزن، گریدهای فاقد قابلیت ماشینکاری، همانطور که در جدول 10:1 نشان داده شده، بیشترین مشابهت را به کربن استیل دارد. در این گریدها معمولاً مقادیر گوگرد و سلنیوم را به منظور بهبود خواص ماشینکاری افزایش می دهند.

همچنین برخی گریدها، مانند گریدهای 4307 و 4404 ، که قابلیت ماشینکاری در آنها با استفاده از برخی روشهای خاص متالورژی بهبود یافته نیز وجود دارد. این گریدها که تحت عنوان PRODEC شناخته می شوند، در مقایسه با گریدهای استاندارد تا 40 درصد بیشتر، از قابلیت ماشینکاری بهتری برخوردارند.
در بین گریدهای دوپلکس، استنلس استیل LDX 2101 به عنوان آلیاژی با قابلیت ماشینکاری خوب شناخته می شود.
 

خمکاری

عملیات خمکاری همانطور که در شکل 10:5 نشان داده شده، می تواند به صورت قالب باز/ قالب بسته انجام شود. عملیات خمکاری ورق به صورت رول نیز در شکل 10:6 آمده است. یکی از مواردی که در خمکاری ورق استیل و دیگر مقاطع فلزی باید در نظر گرفت پدیده برگشت فنری می باشد (شکل 10:7) که بر اثر آن بعد از برداشتن نیروی خمکاری، زاویه و یا شعاع خم به وجود آمده کمی برگشت نموده و در نتیجه با میزان مورد انتظار متفاوت خواهد بود. مقدار برگشت فنری، به نوع آلیاژ، کار سختی قبلی و عملیات حرارتی ورق استیل بستگی دارد. در ورق استیل آستنیتی خصوصاً قطعات تمام سخت آن، میزان برگشت بسیار بالایی مشاهده می گردد.

شکل 10:5-خمکاری قالب باز/ قالب بسته

شکل 10:6- خمکاری ورق به صورت رول

شکل 10:7- پدیده برگشت فنری

در خمکاری به روش قالب باز/ قالب بسته، شکل پذیری به وسیله حداقل شعاع داخلی مجاز خم تقسیم بر ضخامت ورق اندازه گیری می شود. برای استنلس استیل آستنیتی و فریتی این نسبت برابر 1 است، در حالیکه برای گریدهای دوپلکس 2 می باشد.

شکل دهی چرخشی

شکل دهی چرخشی برای قطعات استوانه ای و متقارن مورد استفاده قرار می گیرد. این روش به ویژه برای تولید تجهیزات با دیواره نازک مناسب بوده و با استفاده از آن می توان اشکال پیشرفته ای را بدست آورد. این روش قابل اجرا بر روی تمامی گریدهای استنلس استیل است، اما بایستی در نظر داشت که برای شکل دهی چرخشی آلیاژهای دوپلکس نیروی بیشتری مورد نیاز می باشد. ایجاد ترک و بریدگی در لبه های قطعه یکی از عیوب شایع در این روش می باشد. با برش تمیزتر یا در صورت نیاز سنگ زنی اولیه لبه های ورق گرده می توان تا حدودی از این عیب پیشگیری نمود. شکل 10:8 یک دستگاه CNC شکل دهی چرخشی را نشان می دهد.

شکل 10:8- دستگاه CNC شکل دهی چرخشی

رول فرمینگ

رول فرمینگ روشی است که طی آن نوار های ورق استیل با ابعاد مشخص به صورت مستقیم، طولی و موازی خطوط خمش تحت نورد قرار گرفته، خم شده و به تدریج به پروفیل تبدیل می شوند و در طول فرآیند تغییری در ضخامت ایجاد نخواهد شد. این روش برای کلیه گریدهای استنلس استیل مخصوصاً برای انواع استحکام بالا مانند گریدهای دوپلکس یا آستنیتی تمپر رول شده، مناسب می باشد. در این فرآیند اعمال نیروی بالاتری مورد نیاز است و تمایل به برگشت فنری برای آلیاژهای دوپلکس و استحکام بالا قابل توجه می باشد. شکل 10:9 مجموعه ای از پروفیل های رول فرم شده را نشان می دهد.

شکل 10:9-پروفیل های رول فرم شده

شکل دهی فشاری

شکل دهی فشاری اصطلاحی عمومی برای فرآیندهایی از قبیل کشش عمیق، شکل دهی کششی، اتوزنی و شکل دهی هیدرولیکی می باشد. انتخاب یک فرآیند شکل دهی مناسب باید به گونه ای باشد که پارامترهایی از قبیل عدم ایجاد ترک خوردگی و توازن شکل مورد نظر بر اساس تلرانس های ابعادی مدنظر قرار گیرد.
انتخاب ابزار و روانکاری صحیح در انجام فرآیندهای کشش عمیق و شکل دهی کشش، با توجه به دستیابی به سطحی با کیفیت بالا، بسیار مهم می باشد.
شکل پذیری گریدهای آستنیتی استاندارد 4307 و 4404 در مقایسه با اکثر مواد دیگر، بسیار عالی میباشد،به طوری که این آلیاژها (مخصوصاً انواع با ضخامت نازک) برای فرآیندهای شکل دهی کششی مناسب می باشد. گریدهای پرآلیاژتر مانند 904L، 254 SMO، 4565 و 654 SMO با وجود محتوای آلیاژی بالا، شکل پذیری عالی دارند، اما گریدهای 654 SMO و 4565استحکام بالاتری داشته و به نیروی فشاری بیشتری نیاز دارند. شکل 10:10 کاربردی از شکل دهی کششی را که بر روی یک صفحه مبدل حرارتی اعمال می شود، نشان می دهد.

شکل 10:10-صفحه مبدل حرارتی

آلیاژهای استنلس استیل فریتی نسبت به انواع آستنیتی از خواص کششی بهتری برخوردار می باشند. ممکن است پدیده ای به نام شیاری و طنابی شدن در حین کشش عمیق گریدهای فریتی کم آلیاژ رخ دهد که البته می توان با استفاده از گریدهای تثبیت شده تیتانیم/ نئیوبیم مانند 4509 یا 4521 از آن جلوگیری نمود. گریدهای آستنیتی نیز برای انجام فرآیندهای کشش عمیق مناسب می باشند. نمونه خوبی از این مورد در سینک ظرفشویی در شکل 10:11 نشان داده شده است.

شکل 10:11-سینک آشپزخانه

استحکام بالای گریدهای دوپلکس چالشی است که ماشینکاری را دشوار می کند. همچنین برگشت فنری نیز ممکن است شکل نهایی قطعه را تحت تاثیر قرار دهد. راه حل این مسئله استفاده از ورق با ضخامت های نازک و استحکام بالا می باشد.

فلنجی کردن ورق

فلنجی کردن ورق (شکل 10:12) معمولاً به منظور پشتیبانی از اتصالات لوله ای یا میله ای انجام می شود. لبه های برش خورده به ویژه در هنگام سوراخکاری بایستی از کیفیت خوبی برخوردار باشند تا از ترک خوردگی لبه ها جلوگیری شود. از انجام این فرآیند در مناطقی از قطعه که طی فرآیندهای قبلی تحت کار سرد قرار گرفته اند، باید خودداری شود. علت این موضوع به این نکته بر میگردد که نواحی ای که تحت کار سرد قرار گرفته اند، قابلیت شکل پذیری محدودتری دارند. 

شکل 10:12-ورق استیل قبل و بعد از فلنجی کردن

سنگ زنی

به سایش با استفاده از سنگ به منظور برداشتن ماده از سطح فلز سنگ زنی گفته می شود. این روش به طور کلی برای تولید سطوح با کیفیت بالا مورد استفاده قرار می گیرد و میزان ضخامتی که از روی قطعه برداشته می شود، کم است. در هنگام سنگ زنی استنلس استیل، استفاده از سنباده درشت (p36) موجب ایجاد عیوب عمیق سطحی می شود. سنباده های p60 یا p80 برای سنگ زنی استنلس استیل مناسب تر می باشد. عملیات سنگ زنی در مراحل بعدی به منظور دستیابی به سطح مورد نظر می تواند با سنباده های p80-p160-p320 انجام بگیرد.
ساینده ها و ابزار مورد استفاده در این روش قبل از اینکه دچار فرسایش شوند، بایستی کاملاً تعویض شوند، چون در غیر اینصورت بر روی عملکرد سنگ زنی تاثیرگذار خواهند بود و به جای برداشتن فلز، سطح را دچار زنگ زدگی می کنند. به منظور جلوگیری از زنگ زدن اضافی، نباید از همان تجهیزاتی که برای کربن استیل استفاده می شود، برای استنلس استیل نیز استفاده گردد.

مراجع فصل دهم

Outokumpu Welding Handbook. Outokumpu Machining Handbook. Outokumpu Machining Guidelines
www.bssa.org.uk, article Influence of steel family (type) on machinability