ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ TIG. ΜΕΛΕΤΗ ΜΙΚΡΟΔΟΜΗΣ-ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΣΕ ΣΥΓΚΟΛΛΗΜΕΝΑ ΔΟΚΙΜΙΑ ΩΣΤΕΝΙΤΙΚΩΝ ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΩΝ ΧΑΛΥΒΩΝ - ΧΑΡΙΤΟΥ, ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ (Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, 2018)
Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής εργασίας ήταν ο σχεδιασμός και η μελέτη συγκολλήσεων με σκοπό τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων συγκόλλησης για δύο είδη ανοξείδωτων ωστενιτικών χαλύβων. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν συγκολλήσεις, σύμφωνα με τα πρότυπα AWS, σε δοκίμια συμβατικού ανοξείδωτου ωστενιτικού χάλυβα AISI 321 (S32100) καθώς και σε δοκίμια ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής απόδοσης (υπερωστενιτικού) του τύπου 254 SMO™ (S31254). Οι δύο αυτές κατηγορίες χαλύβων στάλθηκαν σε μορφή ελασμάτων από τη σουηδική εταιρεία Outokumpu Stainless AB (Avesta Research Centre). Οι εν λόγω συγκολλήσεις έλαβαν χώρα στο Εργαστήριο Συγκολλήσεων της Σχολής Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Εφαρμόστηκε κατ’ αποκλειστικότητα η μέθοδος ηλεκτρικού τόξου με χρήση μη καταναλισκόμενου ηλεκτροδίου βολφραμίου σε προστατευτική ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου (GTAW/TIG). Σε συμφωνία και με την υπάρχουσα βιβλιογραφία, δεν θεωρήθηκε απαραίτητη οποιαδήποτε θερμική κατεργασία των δοκιμίων πριν ή μετά τη διαδικασία συγκόλλησης. Κατά την απόπειρα εύρεσης των βέλτιστων παραμέτρων συγκόλλησης, έγινε χρήση διαφορετικών μετάλλων προσθήκης, κατάλληλων για το εκάστοτε μέταλλο βάσης από πλευράς χημικής σύστασης, με στόχο τη διατήρηση της ωστενιτικής δομής. Επιλέχθηκαν, επίσης, διαφορετικές συνθήκες, κάθε φορά, για το διάκενο μεταξύ των προς συγκόλληση τεμαχίων. Επιπλέον, δεν εφαρμόστηκε μια συγκεκριμένη ένταση ρεύματος καθ’ όλη τη διάρκεια των συγκολλήσεων. Αντίθετα, δοκιμάστηκαν τιμές εντός του εύρους των 60-90 Α, προκειμένου να επιτευχθεί η καλύτερη δυνατή διείσδυση και η πλήρης τήξη στο μέταλλο συγκόλλησης. Επιχειρήθηκαν τόσο μονόπλευρες όσο και αμφίπλευρες μετωπικές συγκολλήσεις. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της προσθήκης αζώτου στο μείγμα προστατευτικού αερίου (Ar, καθαρότητας 99.998%). Οι παράμετροι συγκόλλησης καθορίστηκαν, πρωτίστως, στα δοκίμια του χάλυβα AISI 321 ώστε να διαμορφωθεί μια γενικότερη αρχική άποψη για την απόδοση τους. Εφαρμόστηκαν, δευτερευόντως, στα δοκίμια του χάλυβα 254 SMO™, εφόσον πρόκειται για μέταλλο βάσης και μέταλλα προσθήκης υψηλής κραμάτωσης, προκειμένου να αποφευχθεί η άσκοπη σπατάλη ακριβών υλικών. Για την αξιολόγηση της απόδοσης των συγκολλήσεων και την οριστικοποίηση των βέλτιστων παραμέτρων, εξήχθησαν μεταλλογραφικά δοκίμια και δοκίμια εφελκυσμού για τη μελέτη της μηχανικής τους απόκρισης. Ειδικότερα, πραγματοποιήθηκε μελέτη μικροδομής με χρήση οπτικού μικροσκοπίου και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM). Εντοπίστηκε ο σχηματισμός δευτερογενών φάσεων με τη μέθοδο μικροανάλυσης με φασματοφωτομετρία ακτίνων Χ (EDS) και ακολούθησε η προσπάθεια περαιτέρω ταυτοποίησης αυτών μέσω χρήσης περίθλασης ακτίνων Χ (XRD). Σε τελικό στάδιο, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές εφελκυσμού, όπως επίσης και μετρήσεις μακροσκληρότητας τύπου Vickers, ούτως ώστε να διαπιστωθεί αν η προκύπτουσα μηχανική απόκριση είναι η αναμενόμενη που ορίστηκε από την κατασκευάστρια εταιρεία. Σε γενικές γραμμές, και τα δύο είδη ανοξείδωτων ωστενιτικών χαλύβων εμφάνισαν αρκετά ικανοποιητική συγκολλησιμότητα. Κατά τη μεταλλογραφική μελέτη, στην πληθώρα των περιπτώσεων, κυρίαρχη φάση ήταν η ωστενιτική, ενώ σε κάποια δοκίμια του χάλυβα 321 εντοπίστηκαν ισοπαχείς κόκκοι δ-φερρίτη. Από τη στοιχειακή ανάλυση προέκυψαν μικροδιαφορισμοί στοιχείων σε κάποιες περιοχές. Τόσο στον χάλυβα AISI 321 όσο και στον 254 SMO εμφανίστηκε σχηματισμός καρβιδίων τύπου M23C6. Επίσης, στον συμβατικό χάλυβα 321 ανιχνεύθηκαν κατακρημνίσεις τύπου TiN. Στον υπερωστενιτικό χάλυβα 254 SMO, λόγω συμμετοχής πολλών κραματικών στοιχείων σε υψηλό ποσοστό, στα κατακρημνίσματα βρέθηκαν φάσεις πλούσιες σε Mo και Nb, σ φάση καθώς και φάση Laves. Ωστόσο, καμία από αυτές τις φάσεις δεν ταυτοποιήθηκε κατά τη μελέτη με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), πιθανότατα λόγω του περιορισμένου ποσοστιαίου όγκου τους στον συνολικό όγκο του υλικού. Όσο αφορά τις μηχανικές ιδιότητες (όριο διαρροής, όριο θραύσης, ολκιμότητα και μακροσκληρότητα), και στα δύο κράματα παρουσιάστηκε μια αύξηση της μακροσκληρότητας σε σχέση με τις τυπικές τιμές. Κατά τη δοκιμή εφελκυσμού προέκυψαν αποτελέσματα, τα οποία οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι η προσέγγιση που είχε προταθεί για τις βέλτιστες παραμέτρους συγκόλλησης για τα δοκίμια του χάλυβα 254 SMO ήταν αποδεκτή.