چرا جوش لوله فولادی ضد زنگ مارتنزیتی به شدت مستعد ترک سرد است

در خانواده فولاد ضد زنگ، لوله فولادی ضد زنگ مارتنزیتی به دلیل استحکام و سختی استثنایی آن به طور گسترده در بخش های تولید نفت، شیمیایی و مکانیکی استفاده می شود. با این حال، در طول فرآیند جوشکاری، این ماده اغلب با یک مسئله چالش برانگیز مواجه می شود: ترک سرد ، همچنین به عنوان ترک تاخیری شناخته می شود. این ترک‌ها معمولاً در طی فرآیند خنک‌سازی تا دمای اتاق یا پس از مدتی پس از جوش‌کاری ظاهر می‌شوند و باعث می‌شوند که به شدت پنهان و مخرب باشند.

این مقاله توضیح عمیقی در مورد علل اصلی ترک سرد در جوشکاری لوله فولادی ضد زنگ مارتنزیتی از دیدگاه علم مواد و چرخه های حرارتی جوش ارائه می دهد.

سختی پذیری و ریزساختار شکننده

مشخصه اصلی از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی سختی پذیری بالای آن است. به دلیل غلظت بالای کربن و کروم در ترکیب شیمیایی خود، فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) به شدت مستعد تشکیل ساختارهای مارتنزیتی درشت پس از گرمایش با دمای بالا در چرخه حرارتی جوشکاری هستند، حتی زمانی که در هوا سرد می‌شوند.

در حالی که این ریزساختار مارتنزیتی خاموش شده دارای سختی بسیار بالایی است شکل پذیری و toughness are remarkably low, resulting in significant brittleness. When a welded joint lacks sufficient deformation capacity to absorb thermal stress, minor triggers can lead to brittle fracture, which serves as the physical foundation for cold cracking.

مکانیسم تردی ناشی از هیدروژن

در زمینه جوشکاری، ترک ناشی از هیدروژن شایع ترین تظاهرات ترک سرد است. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به هیدروژن بسیار حساس است:

منابع هیدروژن : در حین جوشکاری، رطوبت در قوس، پوشش های مرطوب الکترود، یا تجزیه لکه های روغن بر روی مخروط می تواند مقادیر زیادی هیدروژن اتمی را وارد حوضچه مذاب کند.

تجمع هیدروژن : با کاهش دما، حلالیت هیدروژن در فولاد به شدت کاهش می یابد. به دلیل اعوجاج شبکه ای شدید در ساختار مارتنزیتی، اتم های هیدروژن به راحتی در نواحی با تمرکز تنش مانند انگشت جوش یا ریشه تجمع می یابند.

اثر فشار : اتم های انباشته شده هیدروژن در نقص های میکروسکوپی در مولکول های هیدروژن ترکیب می شوند و فشار مولکولی بسیار زیادی ایجاد می کنند. هنگامی که با تنش باقیمانده جوشکاری روی هم قرار می گیرد، این به طور مستقیم باعث شروع ترک می شود.

تنش پسماند جوشکاری قابل توجه

جوشکاری یک فرآیند غیریکنواخت گرمایش و سرمایش موضعی است. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی Tube دارای هدایت حرارتی کم و ضریب انبساط حرارتی بالا است.

در طول خنک شدن، یک گرادیان دما بین دیواره های داخلی و خارجی لوله وجود دارد. علاوه بر این، از آنجایی که تبدیل مارتنزیتی با گسترش حجم همراه است، تنش‌های تبدیل فاز پیچیده رخ می‌دهد. برای لوله های دیواره ضخیم، خویشتن داری استرس مفصل بسیار زیاد است. هنگامی که تنش کششی ناشی از انقباض حرارتی و تغییر فاز از استحکام شکست آنی ماده بیشتر شود، ترک‌های سرد فوراً شروع و منتشر می‌شوند.

کاربرد فولاد ضد زنگ مارتنزیتی و روندهای جوشکاری 2026

همانطور که صنعت جهانی به سمت دقت و هوشمندی حرکت می کند، بازار در سال 2026 روندهای زیر را نشان می دهد:

رواج فولاد سوپرمارتنزیتی : برای حل مشکلات جوشکاری لوله های فولادی مارتنزیتی سنتی، کم کربن، نیکل بالا فولاد ضد زنگ سوپر مارتنزیتی در حال تبدیل شدن به جریان اصلی است. این ماده به طور قابل توجهی تمایلات سخت شدن را از طریق بهینه سازی ترکیبی کاهش می دهد و تا حد زیادی پایداری جوش خطوط لوله های مسافت طولانی را در این زمینه بهبود می بخشد.

اتوماسیون و جوشکاری هیبریدی لیزری : با بلوغ فناوری جوشکاری رباتیک در سال 2026، جوشکاری هیبریدی قوس لیزری به طور گسترده در لوله های مارتنزیتی با عیار بالا اعمال می شود. این فرآیند با چگالی انرژی بالا زمان اقامت در منطقه تحت تأثیر گرما را کوتاه می کند و تولید ریزساختارهای درشت را کاهش می دهد.

مانیتورینگ دیجیتالی محتوای هیدروژن : دستگاه‌های جوشکاری هوشمند جدید اکنون می‌توانند رطوبت و محتوای هیدروژن موجود در جو جوشکاری را در زمان واقعی نظارت کنند. آن‌ها از مدل‌های داده برای پیش‌بینی خطرات ترک سرد استفاده می‌کنند و به تولید بدون نقص در منبع فرآیند دست می‌یابند.