הנטייה להתייחס לריתוכי פלדות אל חלד ("נירוסטה") כאל ריתוכי פלדות פחמניות, בטעות יסודה! העושים כן מבינים בדיעבד שפעלו לא נכון, אם לנוכח הפגמים שנתגלו בריתוך ואם מבחינת העלויות הגבוהות שנדרשו להשקיע עקב בחירתו של תהליך ריתוך לא מתאים או לא אופטימלי דיו.

מאמר זה הנו ראשון בסדרת מאמרים העוסקים בריתוכי פלדות אל חלד ומטרתם לחשוף את הקוראים לעולם ייחודי מזווית מקצועית שונה במהותה.  

אמנם אין תהליך ריתוך מושלם עבור פלדות אל חלד אך יחד עם זאת, בחירה נכונה של התהליך ומתכת המילוי יכולים להבטיח ריתוך איכותי וחסכוני.

ככלל, פלדות אל חלד עודן מאוד פופולאריות בתעשייה, בעיקר הודות להתנגדותן לקורוזיה, חוזקן הגבוה וקשיחותן. בהשוואה לפלדות "עדינות" (Mild Steel"), פלדת אל חלד מעוררת אתגרים רבים בתחום הריתוך, בעיקר בקרב רתכים מנוסים פחות. שימוש בפלדות אל חלד יכול להיות יקר פי 3 עד 5 פעמים מעלות ריתוך פלדות "עדינות", וזאת במידה ונדרשים תיקונים במקרים של טעויות בביצוע הריתוך.

תהליך הריתוך הינו המפתח לריתוך מוצלח או כושל. לכל תהליך יש יתרונות ויש חסרונות שכן אין תהליך אחד מושלם. על מנת לבחור בחלופה הטובה ביותר, על היצרן להביא בחשבון את העלויות שהוא מוכן להשקיע, את המאפיינים של מתכת המילוי, את התפוקה הנדרשת, את מורכבות הציוד, את מראה הזחלים הנדרש ואת מיומנות הרתך.

אתגרים ותועלות

פלדות אל חלד מתאפיינות בהתנגדותן הגבוהה לקורוזיה וככאלה השומרות על חוזקן גם בטמפרטורות קיצון, גבוהות או נמוכות, ולכן הן נפוצות בתעשייה הפטרוכימית ובייצור צנרת.  מאחר והן לא מעודדות התפתחות של בקטריות על משטחן, הן מתאימות לתעשיית המזון והציוד הרפואי. בנוסף נעשה בהן שימוש בתעופה, ברכבות ובתעשיית המיכלים המשמשים להובלת חומרים קורוזיביים.

פלדות אל חלד הנפוצות הינן מסוג כרום- ניקל (אוסטניטיות או סדרות "300") או כרום "נקי" (מרטנזיט ופריט או סדרות "400"). בהשוואה לפלדות אל חלד מסוג כרום- ניקל, לפלדות אל חלד מסוג כרום "נקי" ולפלדות פחמניות יש מקדם התפשטות ליניארי נמוך זהה, וזה קובע איך החומר יתפשט או יתכווץ בתנאי טמפרטורה או לחץ מוגדרים. פלדות מסוג כרום "נקי" מאופיינות ככאלה שיש להן טמפרטורת התכה נמוכה מזו של פלדות פחמניות אך גבוהה מזו של פלדות אל חלד מסוג כרום- ניקל. יחד עם זאת, בהשוואה לפלדות פחמניות, לפלדות אל חלד מסוג כרום- ניקל וכרום "נקי" יש התנגדות חשמלית גבוהה ומוליכות חום נמוכה.

עוד בטרם יפנו יצרנים להרחבת יכולותיהם גם לתחום פלדת האל חלד, עליהם להביא בחשבון שני גורמי מפתח אשר יסייעו להם להשיג תוצאות אופטימליות:

1. תכולת הסגסוגת בפלדת אל חלד עושה אותה למבודדת חום טובה יותר מאשר פלדה פחמנית. החום מקשת הריתוך אינו מתפלג בחומר בקלות ואינו מתרכז באמבט הריתוך. זה יכול להוביל לעיוות, לפגם מסוג "Burn through" ולהתחמצנות. בחירה נכונה של תהליך הריתוך ומתכת הרתך יכולה לסייע בבקרה על החום המושקע בתהליך הריתוך.
2. פלדת אל חלד נוטה לשנות את הגוון שלה, דבר המעיד על כך, שחלק מהכרום "נשלף" מחומר הגלם ובכך הוא גורם לחומר להיות פגיע יותר לקורוזיה. כשמדובר בריתוך צנרת העשויה פלדת אל חלד, הנטייה לשינוי הגוון אסורה מבחינה אסתטית ומשיקולי איכות, ואם השתנה הגוון זה עלול להצריך עיבוד מחדש, דבר, הכרוך בעלויות נוספות. יש כמובן לזכור, כי פלדת אל חלד ומתכת המילוי שבהן נעשה שימוש בריתוך הן בדרך כלל יקרות יותר מזו הנדרשת לריתוך פלדה פחמנית.

ריתוך בתהליך SMAW ("ריתוך אלקטרודה")

מדובר בתהליך ריתוך פשוט, נייד ונוח לעבודות תחזוקה ותיקון, אך יחד עם זאת, תפוקתו נמוכה יחסית לתהליכי ריתוך אחרים ומלווה בהתזות המחייבות השקעת זמן נוספת לצורך ניקוי, ולפיכך העלויות גדלות בהתאם.

ליצרנים שלא ריתכו פלדות אל חלד בעבר, ריתוך בתהליך  SMAW יכול להוות כרטיס כניסה נוח לעולם זה. אין צורך בתהליך זה בגז מגן והרתך יכול להסתפק ברתכת ובאלקטרודות "נירוסטה" מתאימות.

בהשוואה לפלדה פחמנית, פלדת אל חלד (כרום "נקי"- מרטנזיטי ופריטי וכן כרום ניקל- אוסטניטי לסוגיו) הנה בעלת התנגדות חשמלית טובה יותר ומוליכות חום נמוכה יותר.

עלות אלקטרודות "נירוסטה" (על בסיס משקלי) נמוכה יותר מזו של תייל לבוב (FCAW) וגבוהה במקצת מזו של תיל "מלא" (Solid Wire). יצרנים יכולים לקנות את אלקטרודות הנירוסטה באריזות קטנות שעלותן נמוכה יחסית, וזאת לצורך ביצוע עבודות ריתוך קטנות. יחד עם זאת, על היצרנים לקחת בחישוב הכולל את הפחת ואת הצורך בניקוי הסיגים ("שלאקות") כדי לקבוע אם התהליך זול יותר אם לאו, בהשוואה לתהליכים אחרים.

אלקטרודות מסוג 309 או 312 הינן בחירה טובה עבור ריתוך פלדות אל חלד, בפרט לצורך עבודות אחזקה ותיקונים. זאת לנוכח העובדה שהן עמידות יותר לסידוק, חוזקן גבוה ובפרט מאחר וניתן לרתך באמצעותן פלדות אל חלד שכבר מצויות בשימוש, גם אם דרגת חומר הגלם אינה ידועה.

ריתוך בתהליכים GMAW ו- FCAW

כאשר נדרש לתת קדימות לתפוקת הריתוך של פלדות אל חלד, נעדיף תהליכים הכוללים הזנה של תיל ריתוך, וזאת כדי להגדיל את היעילות וכדי לשפר את מראה פני זחלי הריתוך.  השיפורים הטכנולוגיים בציוד הריתוך וחומר הרתך הפכו את התהליכים: (GMAW (Gas Metal Arc Welding), FCAW (Flux Cored Arc Welding) לפשוטים יותר להפעלה, גם עבור אלה שמתנסים לראשונה בריתוך פלדות אל חלד.

רוב היצרנים מרתכים פלדות אל חלד באמצעות תהליך GMAW עם תיל מלא. רמת המורכבות של ציוד הנדרש לתהליך GMAW ורמת המיומנות הנדרשת מצד הרתך הנן ממוצעות וניתן לשקע את חומר הרתך בשיטת מעבר ב"פולסים" או ב"ספריי". שימוש בתערובת גז מגן של  ארגון (98%) ו- CO2 2% מסייע להקטין את תופעת ההתזה.

אמנם תפוקת הריתוך בתהליך FCAW גבוהה יותר מזו של GMAW אך עלותו גבוהה יותר עקב הצורך בניקוי הסיגים וההתזות שהוא "מייצר". יתר על כן, עלות FCAW ליחידת משקל גבוהה יותר לנוכח עלותם הגבוהה יותר של מרכיבי ה- Flux שבתיל הלבוב.

בתהליך FCAW ניתן לעשות שימוש בגז מגן המהווה תערובת של ארגון ו- CO2 או  CO2 (100%).

בתהליך (MCAW (Metal Cored Arc Welding) המיושם באמצעות "פולסים" או "ספריי" מהירות ההתקדמות גבוהה וזו מקטינה את רמת החום בריתוך עצמו. בכך אנו מונעים אפשרות להיווצרות מעוותים כשמרתכים פלדות אל חלד. יובהר, כי למרות שביחס לתהליכי ריתוך אחרים בהם נעשה שימוש בתיל מוזן בתהליך MCAW רמת ההתזה נמוכה, על היצרן לקחת בחשבון, כי מדובר בחומר רתך יקר הרבה יותר משאר תילי הריתוך בהם נעשה שימוש בריתוך פלדת אל חלד.

ריתוך בתהליך SAW

רוב היצרנים עושים שימוש בתהליך ריתוך מסוג SAW (Submerged Arc Welding) בבואם לרתך פלדות פחמניות אך יש לזכור שתהליך זה מציע תועלות טובות לא פחות כשבאים לרתך פלדות אל חלד, ובכלל זה תפוקות גבוהות והתזה מועטה במיוחד אשר יש בה כדי להקטין עלויות עקב העדר הצורך בניקוי. תהליך ריתוך זה טוב לריתוך פלדות שעובי הדופן שלהן גבוה. אמנם תהליך זה מוגבל לריתוך בתנוחה שטוחה, אך יחד עם זאת, ניתן ליישמו באמצעות רתכים מפעילים שאינם בעלי מיומנות גבוהה.

כשמרתכים פלדות אל חלד בשיטת ריתוך זו עושים שימוש באבקת Flux ניטרלית או לא מסוגסגת, כך, שלא מתווספים חומרי סגסוג לאמבטיית הריתוך ולפיכך ההרכב הכימי של  הרתך לא משתנה.

ריתוך בתהליך GTAW

בריתוך באמצעות תהליך  GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) תופעת ההתזה קטנה הרבה יותר אף מזו שנוצרת בתהליך SAW. המיומנות הנדרשת מרתכים בתהליך ריתוך זה גבוהה וציוד הריתוך הנו המורכב ביותר יחסית לשאר התהליכים. בעוד שרמת האסתטיות, הדיוק ומראה הרתך גבוהות במיוחד בתהליך זה, רמת התפוקה בו נמוכה הרבה יותר יחסית. בבואנו לרתך בתהליך זה פלדות אל חלד נעשה שימוש בגז מגן מסוג ארגון (100%).

בחירת תהליך הריתוך המתאים

ככל שהשימוש בפלדת אל חלד גובר, על היצרנים להבין טוב יותר את מגוון תהליכי הריתוך העומדים לרשותם ולכלכל את צעדיהם בצורה מושכלת בבואם לבחור את התהליך המתאים עבורם. הרצון להקטין את עלויות ואת זמן הייצור מחד, אל מול הרצון להגדיל את תפוקת הייצור מאידך, הנם גורמי המפתח אותם נדרשים היצרנים לשקול לפני תחילת ביצועו של כל פרויקט.

© כל הזכויות שמורות לאינג' ועו"ד עדי א. עציץ- מנכ"ל חברת איוויקס שירותי הנדסה, פיקוח וייעוץ בע"מ, מפקח ריתוך מוסמך CWI AWS, בודק מוסמך של ציוד לחץ ויו"ר הוועדה הלאומית לריתוך בלשכת המהנדסים.