amacocom
دوشنبه 05 خرداد 1404, 17:50 عصر
جوشکاری از جمله فرآیندهای کلیدی در صنایع فلزی است که نقش مهمی در اتصال قطعات فلزی دارد. اما یکی از چالشهای مهمی که در جوشکاری فلزات مخصوصاً فولادهای معمولی با آن مواجه هستیم، زنگزدگی و خوردگی در محل جوش است. اینجاست که استفاده از الکترودهای ضدزنگ (Stainless Electrodes) اهمیت ویژهای پیدا میکند. در این مقاله، به بررسی عملکرد الکترودهای ضدزنگ، دلایل استفاده از آنها، نحوه مهار زنگزدگی در فرآیند جوش، و نکاتی برای انتخاب و خرید الکترود روکش دار (https://ama-co.com/coated-electrodes-for-manual-welding/) و ضد زنگ میپردازیم.
چرا زنگزدگی در جوش اتفاق میافتد؟زنگزدگی یا خوردگی، فرآیندی الکتروشیمیایی است که در آن فلز در اثر تماس با آب، هوا یا رطوبت دچار اکسیداسیون میشود. محلهای جوش نسبت به سایر نقاط یک سازه فلزی بیشتر مستعد زنگزدگی هستند، زیرا:
ساختار متالورژیکی در ناحیه جوش تغییر میکند.
تنشهای حرارتی موجب ایجاد ترکهای میکروسکوپی میشوند.
استفاده از الکترود نامناسب یا تکنیک نادرست، لایه محافظتی فلز را از بین میبرد.
بنابراین اگر قصد دارید یک جوش با دوام و مقاوم در برابر زنگزدگی داشته باشید، باید سراغ الکترودهای مخصوص این کار بروید.
الکترود ضدزنگ چیست؟الکترودهای ضدزنگ، الکترودهایی هستند که ترکیباتی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و دیگر عناصر مقاوم در برابر خوردگی را در پوشش یا مغز خود دارند. این عناصر باعث تشکیل لایهای محافظ روی سطح جوش میشوند که از نفوذ اکسیژن و رطوبت به سطح فلز جلوگیری میکند.
انواع متداول الکترودهای ضدزنگ بر اساس استاندارد AWS شامل موارد زیر هستند:
E308L: مناسب برای فولاد ضدزنگ 304
E316L: مقاوم در برابر محیطهای خورنده مانند اسیدها
E309L: برای جوشکاری فولادهای غیر همجنس (استیل با کربن بالا)
چطور الکترود ضدزنگ از زنگزدگی جلوگیری میکند؟الکترود ضدزنگ با ایجاد یک جوش غنی از عناصر آلیاژی، شرایطی فراهم میکند که حتی در محیطهای خورنده مانند صنایع غذایی، شیمیایی یا دریایی، اتصال جوش در برابر اکسیداسیون مقاوم باقی بماند. نحوه عملکرد آن به چند عامل بستگی دارد:
ایجاد لایه پسیو (Passive Layer) محافظمهمترین عامل مقاومت در برابر زنگزدگی در فولادهای زنگنزن و الکترودهای ضدزنگ، وجود عنصر کروم (Cr) در ترکیب آنهاست. زمانی که الکترود ضدزنگ ذوب شده و محل جوش را تشکیل میدهد، کروم موجود در آن با اکسیژن محیط ترکیب میشود و یک لایه بسیار نازک اما بسیار پایدار از اکسید کروم (Cr₂O₃) روی سطح جوش ایجاد میکند. این لایه، بهنام لایه پسیو شناخته میشود.
لایه پسیو مانند یک سپر دفاعی عمل میکند و مانع نفوذ رطوبت، اکسیژن اضافی یا مواد خورنده (مانند نمک یا مواد اسیدی) به سطح فلز میشود. حتی اگر این لایه بهطور مکانیکی خراش بردارد، مجدداً خود را ترمیم میکند؛ بههمین دلیل فولاد زنگنزن بهطور طبیعی مقاومت بالایی در برابر زنگزدگی دارد و جوش آن، در صورت استفاده از الکترود مناسب، از این خاصیت بهرهمند میشود.
ترکیب آلیاژی متعادل و کنترل مقدار کربندر جوشکاری فولاد ضدزنگ، یک خطر جدی، تشکیل کاربید کروم (Cr23C6) است. وقتی مقدار کربن در الکترود زیاد باشد و عملیات جوشکاری با دمای بالا و طولانی انجام شود، کروم موجود در منطقه جوش با کربن ترکیب شده و این کاربید را تولید میکند. این ترکیب باعث کاهش کروم آزاد در ناحیه جوش شده و لایه محافظ اکسید کروم بهدرستی تشکیل نمیشود؛ در نتیجه زنگزدگی موضعی رخ میدهد.
الکترودهای ضدزنگ با پسوند "L" مثل E308L یا E316L دارای کربن پایین هستند (کمتر از 0.03٪). این کاهش کربن باعث میشود که کروم بهجای تشکیل ترکیبات مضر، در ساخت لایه پسیو شرکت کرده و خاصیت ضدزنگ بهصورت کامل حفظ شود.
مقاومت در برابر محیطهای خورنده خاصالکترودهای ضدزنگ بسته به نوع ترکیباتشان (مانند نیکل، مولیبدن یا نیتروژن) میتوانند در برابر محیطهای خورنده خاص مثل محیط دریایی، محیطهای اسیدی یا قلیایی نیز مقاومت بالایی نشان دهند. برای مثال:
الکترود E316L بهدلیل داشتن مولیبدن در ترکیب خود، در برابر خوردگی موضعی ناشی از کلرید (مثل آب دریا) بسیار مقاومتر از E308L عمل میکند.
برخی الکترودها با مقادیر بالای نیکل، مقاومت خوبی در برابر ترک خوردگی تنشی (SCC) و خوردگی بیندانهای دارند.
به همین دلیل، انتخاب صحیح نوع الکترود بر اساس محیط عملیاتی یکی از راههای کلیدی برای جلوگیری از زنگزدگی پس از جوشکاری است.
کاهش نفوذ ناخالصیهای مضر در جوشالکترودهای ضدزنگ مرغوب بهگونهای طراحی میشوند که علاوه بر ایجاد قوس پایدار و حوضچه مذاب یکنواخت، نفوذ گازهای مضر مانند هیدروژن، نیتروژن یا گوگرد به جوش را به حداقل برسانند. این ناخالصیها میتوانند تخلخل، ترک و در نهایت زنگزدگی در محل جوش ایجاد کنند.
پوشش فلاکس روی این الکترودها معمولاً ترکیباتی دارد که گازهای محافظ آزاد میکنند، دمای قوس را کنترل میکنند و اکسیژن اضافی را جذب میکنند. نتیجه این عملکرد، جوشی تمیز، متراکم و مقاوم در برابر زنگ است.
در چه صنایعی از الکترودهای ضدزنگ استفاده میشود؟کاربرد این الکترودها در صنایعی است که احتمال تماس مداوم با آب، بخار، رطوبت، مواد اسیدی یا قلیایی وجود دارد. برخی از مهمترین کاربردها عبارتند از:
ساخت تجهیزات صنایع غذایی و لبنی
صنایع دارویی و تجهیزات پزشکی
تأسیسات پتروشیمی و پالایشگاهها
مخازن و لولههای انتقال سیالات خورنده
سازههای دریایی، کشتیسازی و سکوهای نفتی
نکات کلیدی در استفاده از الکترود ضدزنگاستفاده از الکترود ضدزنگ برای دستیابی به یک جوش مقاوم در برابر زنگزدگی، تنها بخشی از راه است. برای دستیابی به نتایج مطلوب، باید به مجموعهای از اصول و جزئیات فنی توجه کرد که هر یک میتوانند نقش تعیینکنندهای در کیفیت نهایی جوش داشته باشند. در ادامه، مهمترین نکات را بررسی میکنیم:
آمادهسازی صحیح سطح فلز پایهیکی از مهمترین مراحل قبل از شروع جوشکاری، پاکسازی دقیق ناحیه جوش است. وجود چربی، روغن، گرد و غبار، زنگزدگی یا حتی اثر انگشت میتواند عملکرد لایه محافظتی کروم را مختل کند. برای تمیز کردن سطح، از ابزارهایی مثل:
برس استیل ضدزنگ (نه برس معمولی آهنی)،
سمباده نرم،
یا حلالهایی مانند استون یا الکل صنعتی
استفاده کنید. این مرحله باید با دقت انجام شود تا از آلودگی سطحی جلوگیری شود.
استفاده از ابزارهای مخصوص برای استیل ضدزنگیکی از اشتباهات رایج در کارگاهها، استفاده از ابزارهای مشترک بین فولاد کربنی و فولاد ضدزنگ است. این موضوع ممکن است باعث انتقال ذرات آهن به سطح استیل شده و زمینه ایجاد زنگزدگی در آینده را فراهم کند. توصیه میشود:
از سنگ فرز، برس سیمی، چکش و انبر جداگانه فقط برای استیل استفاده شود.
ابزارها را برچسبگذاری کرده و از تماس تصادفی آنها با فولادهای معمولی جلوگیری کنید.
کنترل دقیق دمای جوش و حرارت ورودییکی از دلایل اصلی کاهش مقاومت در برابر خوردگی در محل جوش، بالا رفتن بیش از حد دمای جوش است. حرارت زیاد میتواند باعث تخریب لایه پسیو کروم شود یا ترکیبات مضر نظیر کاربید کروم ایجاد کند. برای جلوگیری از این مشکل:
از آمپر مناسب متناسب با نوع الکترود و ضخامت قطعه استفاده کنید.
طول قوس جوش را کوتاه نگه دارید تا دمای موضعی بالا نرود.
در صورت نیاز از تکنیک چندپاسه و جوشکاری لایهبهلایه استفاده شود.
استفاده از الکترودهای با محتوای کمکربن (Low Carbon)الکترودهایی با پسوند L (مثل E308L یا E316L) حاوی کربن کمتر از 0.03٪ هستند. این مقدار پایین کربن مانع از تشکیل کاربید کروم در ناحیه جوش میشود که میتواند کروم را از ناحیه جوش خارج کرده و مقاومت آن در برابر خوردگی را کاهش دهد. اگرچه این نوع الکترودها ممکن است کمی گرانتر باشند، اما دوام بسیار بیشتری را فراهم میکنند.
پیشگرمایش و پسگرمایش در شرایط خاصدر برخی فلزات مانند فولادهای ضخیم یا ترکیبات خاص، استفاده از پیشگرمایش برای جلوگیری از ترکهای انجمادی یا شکستهای سرد الزامی است. همچنین، پس از پایان جوش، باید قطعه بهتدریج سرد شود تا از تمرکز تنشهای حرارتی جلوگیری شود. توجه داشته باشید که دمای بیش از حد، ممکن است ساختار آستنیتی را تغییر داده و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد.
جوشکاری در فضای خشک و کنترلشدهمحیط کار در جوشکاری با الکترود ضدزنگ باید بهدور از رطوبت، گرد و غبار و جریان هوای سرد یا مرطوب باشد. چرا که رطوبت هوا میتواند در طول جوشکاری وارد قوس شود و تشکیل حباب یا حفره در جوش (Porosity) ایجاد کند. در محیطهای مرطوب، پیشگرمکردن جزئی الکترودها و محل جوش پیشنهاد میشود.
انتخاب صحیح نوع الکترود متناسب با فلز پایهبسیاری از افراد گمان میکنند که یک نوع الکترود ضدزنگ برای همهی موارد کافی است. در حالیکه باید الکترود بر اساس ترکیب شیمیایی فلز پایه، شرایط محیطی (خشک، مرطوب، اسیدی، دریایی) و نوع بارگذاری انتخاب شود. مشاوره با تولیدکننده یا جدولهای مرجع استاندارد مثل AWS میتواند راهگشا باشد.
نگهداری اصولی الکترودهاالکترودهای ضدزنگ بسیار حساستر از الکترودهای معمولی هستند. جذب رطوبت از محیط میتواند باعث ایجاد ترک یا حفره در جوش شود. برای جلوگیری از این مشکل:
الکترودها باید در بستهبندی اصلی و خشک نگهداری شوند.
در صورت باز شدن بسته، آنها را در آونهای مخصوص الکترود با دمای 100 تا 150 درجه سانتیگراد نگهداری کنید.
از قرار گرفتن آنها در معرض رطوبت شب یا کف کارگاه جلوگیری شود.
جمعبندیزنگزدگی یکی از بزرگترین تهدیدها برای دوام و عملکرد سازههای فلزی است، بهویژه در محل جوش که حساسترین نقطه اتصال به شمار میرود. الکترودهای ضدزنگ با داشتن عناصر آلیاژی خاص مانند کروم و نیکل، نقش مهمی در ایجاد لایه محافظ دارند که از اکسیداسیون جلوگیری میکند. انتخاب صحیح الکترود،
چرا زنگزدگی در جوش اتفاق میافتد؟زنگزدگی یا خوردگی، فرآیندی الکتروشیمیایی است که در آن فلز در اثر تماس با آب، هوا یا رطوبت دچار اکسیداسیون میشود. محلهای جوش نسبت به سایر نقاط یک سازه فلزی بیشتر مستعد زنگزدگی هستند، زیرا:
ساختار متالورژیکی در ناحیه جوش تغییر میکند.
تنشهای حرارتی موجب ایجاد ترکهای میکروسکوپی میشوند.
استفاده از الکترود نامناسب یا تکنیک نادرست، لایه محافظتی فلز را از بین میبرد.
بنابراین اگر قصد دارید یک جوش با دوام و مقاوم در برابر زنگزدگی داشته باشید، باید سراغ الکترودهای مخصوص این کار بروید.
الکترود ضدزنگ چیست؟الکترودهای ضدزنگ، الکترودهایی هستند که ترکیباتی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و دیگر عناصر مقاوم در برابر خوردگی را در پوشش یا مغز خود دارند. این عناصر باعث تشکیل لایهای محافظ روی سطح جوش میشوند که از نفوذ اکسیژن و رطوبت به سطح فلز جلوگیری میکند.
انواع متداول الکترودهای ضدزنگ بر اساس استاندارد AWS شامل موارد زیر هستند:
E308L: مناسب برای فولاد ضدزنگ 304
E316L: مقاوم در برابر محیطهای خورنده مانند اسیدها
E309L: برای جوشکاری فولادهای غیر همجنس (استیل با کربن بالا)
چطور الکترود ضدزنگ از زنگزدگی جلوگیری میکند؟الکترود ضدزنگ با ایجاد یک جوش غنی از عناصر آلیاژی، شرایطی فراهم میکند که حتی در محیطهای خورنده مانند صنایع غذایی، شیمیایی یا دریایی، اتصال جوش در برابر اکسیداسیون مقاوم باقی بماند. نحوه عملکرد آن به چند عامل بستگی دارد:
ایجاد لایه پسیو (Passive Layer) محافظمهمترین عامل مقاومت در برابر زنگزدگی در فولادهای زنگنزن و الکترودهای ضدزنگ، وجود عنصر کروم (Cr) در ترکیب آنهاست. زمانی که الکترود ضدزنگ ذوب شده و محل جوش را تشکیل میدهد، کروم موجود در آن با اکسیژن محیط ترکیب میشود و یک لایه بسیار نازک اما بسیار پایدار از اکسید کروم (Cr₂O₃) روی سطح جوش ایجاد میکند. این لایه، بهنام لایه پسیو شناخته میشود.
لایه پسیو مانند یک سپر دفاعی عمل میکند و مانع نفوذ رطوبت، اکسیژن اضافی یا مواد خورنده (مانند نمک یا مواد اسیدی) به سطح فلز میشود. حتی اگر این لایه بهطور مکانیکی خراش بردارد، مجدداً خود را ترمیم میکند؛ بههمین دلیل فولاد زنگنزن بهطور طبیعی مقاومت بالایی در برابر زنگزدگی دارد و جوش آن، در صورت استفاده از الکترود مناسب، از این خاصیت بهرهمند میشود.
ترکیب آلیاژی متعادل و کنترل مقدار کربندر جوشکاری فولاد ضدزنگ، یک خطر جدی، تشکیل کاربید کروم (Cr23C6) است. وقتی مقدار کربن در الکترود زیاد باشد و عملیات جوشکاری با دمای بالا و طولانی انجام شود، کروم موجود در منطقه جوش با کربن ترکیب شده و این کاربید را تولید میکند. این ترکیب باعث کاهش کروم آزاد در ناحیه جوش شده و لایه محافظ اکسید کروم بهدرستی تشکیل نمیشود؛ در نتیجه زنگزدگی موضعی رخ میدهد.
الکترودهای ضدزنگ با پسوند "L" مثل E308L یا E316L دارای کربن پایین هستند (کمتر از 0.03٪). این کاهش کربن باعث میشود که کروم بهجای تشکیل ترکیبات مضر، در ساخت لایه پسیو شرکت کرده و خاصیت ضدزنگ بهصورت کامل حفظ شود.
مقاومت در برابر محیطهای خورنده خاصالکترودهای ضدزنگ بسته به نوع ترکیباتشان (مانند نیکل، مولیبدن یا نیتروژن) میتوانند در برابر محیطهای خورنده خاص مثل محیط دریایی، محیطهای اسیدی یا قلیایی نیز مقاومت بالایی نشان دهند. برای مثال:
الکترود E316L بهدلیل داشتن مولیبدن در ترکیب خود، در برابر خوردگی موضعی ناشی از کلرید (مثل آب دریا) بسیار مقاومتر از E308L عمل میکند.
برخی الکترودها با مقادیر بالای نیکل، مقاومت خوبی در برابر ترک خوردگی تنشی (SCC) و خوردگی بیندانهای دارند.
به همین دلیل، انتخاب صحیح نوع الکترود بر اساس محیط عملیاتی یکی از راههای کلیدی برای جلوگیری از زنگزدگی پس از جوشکاری است.
کاهش نفوذ ناخالصیهای مضر در جوشالکترودهای ضدزنگ مرغوب بهگونهای طراحی میشوند که علاوه بر ایجاد قوس پایدار و حوضچه مذاب یکنواخت، نفوذ گازهای مضر مانند هیدروژن، نیتروژن یا گوگرد به جوش را به حداقل برسانند. این ناخالصیها میتوانند تخلخل، ترک و در نهایت زنگزدگی در محل جوش ایجاد کنند.
پوشش فلاکس روی این الکترودها معمولاً ترکیباتی دارد که گازهای محافظ آزاد میکنند، دمای قوس را کنترل میکنند و اکسیژن اضافی را جذب میکنند. نتیجه این عملکرد، جوشی تمیز، متراکم و مقاوم در برابر زنگ است.
در چه صنایعی از الکترودهای ضدزنگ استفاده میشود؟کاربرد این الکترودها در صنایعی است که احتمال تماس مداوم با آب، بخار، رطوبت، مواد اسیدی یا قلیایی وجود دارد. برخی از مهمترین کاربردها عبارتند از:
ساخت تجهیزات صنایع غذایی و لبنی
صنایع دارویی و تجهیزات پزشکی
تأسیسات پتروشیمی و پالایشگاهها
مخازن و لولههای انتقال سیالات خورنده
سازههای دریایی، کشتیسازی و سکوهای نفتی
نکات کلیدی در استفاده از الکترود ضدزنگاستفاده از الکترود ضدزنگ برای دستیابی به یک جوش مقاوم در برابر زنگزدگی، تنها بخشی از راه است. برای دستیابی به نتایج مطلوب، باید به مجموعهای از اصول و جزئیات فنی توجه کرد که هر یک میتوانند نقش تعیینکنندهای در کیفیت نهایی جوش داشته باشند. در ادامه، مهمترین نکات را بررسی میکنیم:
آمادهسازی صحیح سطح فلز پایهیکی از مهمترین مراحل قبل از شروع جوشکاری، پاکسازی دقیق ناحیه جوش است. وجود چربی، روغن، گرد و غبار، زنگزدگی یا حتی اثر انگشت میتواند عملکرد لایه محافظتی کروم را مختل کند. برای تمیز کردن سطح، از ابزارهایی مثل:
برس استیل ضدزنگ (نه برس معمولی آهنی)،
سمباده نرم،
یا حلالهایی مانند استون یا الکل صنعتی
استفاده کنید. این مرحله باید با دقت انجام شود تا از آلودگی سطحی جلوگیری شود.
استفاده از ابزارهای مخصوص برای استیل ضدزنگیکی از اشتباهات رایج در کارگاهها، استفاده از ابزارهای مشترک بین فولاد کربنی و فولاد ضدزنگ است. این موضوع ممکن است باعث انتقال ذرات آهن به سطح استیل شده و زمینه ایجاد زنگزدگی در آینده را فراهم کند. توصیه میشود:
از سنگ فرز، برس سیمی، چکش و انبر جداگانه فقط برای استیل استفاده شود.
ابزارها را برچسبگذاری کرده و از تماس تصادفی آنها با فولادهای معمولی جلوگیری کنید.
کنترل دقیق دمای جوش و حرارت ورودییکی از دلایل اصلی کاهش مقاومت در برابر خوردگی در محل جوش، بالا رفتن بیش از حد دمای جوش است. حرارت زیاد میتواند باعث تخریب لایه پسیو کروم شود یا ترکیبات مضر نظیر کاربید کروم ایجاد کند. برای جلوگیری از این مشکل:
از آمپر مناسب متناسب با نوع الکترود و ضخامت قطعه استفاده کنید.
طول قوس جوش را کوتاه نگه دارید تا دمای موضعی بالا نرود.
در صورت نیاز از تکنیک چندپاسه و جوشکاری لایهبهلایه استفاده شود.
استفاده از الکترودهای با محتوای کمکربن (Low Carbon)الکترودهایی با پسوند L (مثل E308L یا E316L) حاوی کربن کمتر از 0.03٪ هستند. این مقدار پایین کربن مانع از تشکیل کاربید کروم در ناحیه جوش میشود که میتواند کروم را از ناحیه جوش خارج کرده و مقاومت آن در برابر خوردگی را کاهش دهد. اگرچه این نوع الکترودها ممکن است کمی گرانتر باشند، اما دوام بسیار بیشتری را فراهم میکنند.
پیشگرمایش و پسگرمایش در شرایط خاصدر برخی فلزات مانند فولادهای ضخیم یا ترکیبات خاص، استفاده از پیشگرمایش برای جلوگیری از ترکهای انجمادی یا شکستهای سرد الزامی است. همچنین، پس از پایان جوش، باید قطعه بهتدریج سرد شود تا از تمرکز تنشهای حرارتی جلوگیری شود. توجه داشته باشید که دمای بیش از حد، ممکن است ساختار آستنیتی را تغییر داده و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد.
جوشکاری در فضای خشک و کنترلشدهمحیط کار در جوشکاری با الکترود ضدزنگ باید بهدور از رطوبت، گرد و غبار و جریان هوای سرد یا مرطوب باشد. چرا که رطوبت هوا میتواند در طول جوشکاری وارد قوس شود و تشکیل حباب یا حفره در جوش (Porosity) ایجاد کند. در محیطهای مرطوب، پیشگرمکردن جزئی الکترودها و محل جوش پیشنهاد میشود.
انتخاب صحیح نوع الکترود متناسب با فلز پایهبسیاری از افراد گمان میکنند که یک نوع الکترود ضدزنگ برای همهی موارد کافی است. در حالیکه باید الکترود بر اساس ترکیب شیمیایی فلز پایه، شرایط محیطی (خشک، مرطوب، اسیدی، دریایی) و نوع بارگذاری انتخاب شود. مشاوره با تولیدکننده یا جدولهای مرجع استاندارد مثل AWS میتواند راهگشا باشد.
نگهداری اصولی الکترودهاالکترودهای ضدزنگ بسیار حساستر از الکترودهای معمولی هستند. جذب رطوبت از محیط میتواند باعث ایجاد ترک یا حفره در جوش شود. برای جلوگیری از این مشکل:
الکترودها باید در بستهبندی اصلی و خشک نگهداری شوند.
در صورت باز شدن بسته، آنها را در آونهای مخصوص الکترود با دمای 100 تا 150 درجه سانتیگراد نگهداری کنید.
از قرار گرفتن آنها در معرض رطوبت شب یا کف کارگاه جلوگیری شود.
جمعبندیزنگزدگی یکی از بزرگترین تهدیدها برای دوام و عملکرد سازههای فلزی است، بهویژه در محل جوش که حساسترین نقطه اتصال به شمار میرود. الکترودهای ضدزنگ با داشتن عناصر آلیاژی خاص مانند کروم و نیکل، نقش مهمی در ایجاد لایه محافظ دارند که از اکسیداسیون جلوگیری میکند. انتخاب صحیح الکترود،