موضوع :

جوشکاری قوسی مس و فولاد (قسمت دوم)

ميزان امتزاج مطلوب در جوشکاری با توجه به نوع مواد و هدف جوشکاری تعيين ميگردد. بعنوان مثال در فرآيند سخت پوشانی (Hardfacing) مقدار امتزاج بايد تا حد ممکن کم باشد تا با تعداد لايه های کمتری بتوان به سختی مورد نظر دست يافت. و يا در جوشکاری فولادهای زنگ نزن آستنيتی حداقل مقدار امتزاج بايد بنحوی انتخاب گردد که با توجه به نوع فلز جوش ترکيب جوش زير خط ترک گرم در نمودار شفلر قرار گيرد.

فاکتورهایی که در تعيين ميزان امتزاج دخيل هستند عبارتند از:

فرآيند ساچمه زني (Shot Peening)

ساچمه زنی یک فرآیند کار سرد است که در آن سطح قطعه توسط ذرات ریز نسبتا کروی (ساچمه) تحت ضربات شدید قرار میگیرد. هر گلوله ساچمه مانند یک چکش ضربه زنی کوچک عمل کرده و در سطح قطعه یک گودی یا فرورفتگی ایجاد میکند. برای تشکیل این گودی باید لایه سطحی فلز به نقطه تسلیم کششی خود برسد تا تغییر فرم پلاستیک ایجاد شود. در لایه زیرین سطح٫ ذرات فشرده شده سعی میکنند تا سطح را به حالت اولیه خود برگردانند که در نتیجه یک ناحیه نیم کروی از فلز کارسرد شده که تحت تنش فشاری شدیدی قرار دارد٫ ایجاد میگردد. با ادامه ساچمه زنی و همپوشانی فرورفتگیهای ناشی از برخورد ساچمه ها به سطح٫ یک لایه یکنواخت با تنش فشاری باقیمانده تشکیل میشود.

این موضوع روشن است که معمولا ایجاد و رشد ترکها در ناحیه تحت فشار ممکن نیست. از طرف دیگر تقریبا تمام ترکهای ناشی از خستگی یا خوردگی تنشی از سطح یا نزدیک سطح آغاز میشوند. در نتیجه قطعاتی که ساچمه زنی شده اند٫ دارای عمر کاری بیشتری در اینگونه شرایط میباشند. مقدار تنش فشاری باقیمانده در قطعه در اثر ساچمه زنی حداقل برابر نصف مقدار استحکام کششی ماده میباشد.

در اغلب فرآیندهای شکست زمانبر٫ عامل اصلی شکست٫ تنشهای کششی میباشند. این تنشها میتواند ناشی از اعمال بار خارجی و یا تنشهای باقیمانده در اثر فرآیند ساخت (مانند جوشکاری٫ سنگ زنی و ...) باشد. تنش کششی تمایل دارد تا ذرات تشکیل دهنده قطعه را از هم دور کند و لذا میتواند باعث ایجاد ترک شود. تنش فشاری باعث فشرده شدن مرزدانه های سطحی شده و شروع ترک را بمدت قابل ملاحظه ای به تاخیر میاندازد. از طرف دیگر از آنجایی که رشد ترک در ناحیه تحت فشار بسیار آهسته تر میباشد٫ هرچه عمق سطح فشرده شده بیشتر باشد میزان مقاومت به ترک بیشتر خواهد بود.

ساچمه زنی معمولا برای کاهش اثر تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری در فلزات استحکام بالا٫ سازه های تحت بارهای سیکلی و دینامیک و همچنین جوشکاری های ترمیمی قطعات٫ خصوصا مواقعی که امکان تنشزدایی وجود ندارد کاربرد وسیعی دارد.

سطوح انتقال گرده جوش به فلز پايه

يكي از موارد مهم در جوشكاري كه كمتر به آن توجه ميشود، بحث سنگ زني گرده جوش و كناره آن است. بر اساس استاندارد AWS بخش 5.24.41:

"All reinforcement shall blend smoothly into plate surfaces with transition areas free from undercut."

به اين مضمون كه كليه سطوح انتقال گرده جوش به سطح فلز پايه بايد بصورت نرم و بدون بريدگي كناره باشد. هدف اصلي در اين مورد عدم وجود شيارها و سطوح انتقال با زاويه نامناسب ميباشد. متاسفانه اغلب مواقع اين موضوع بدليل نياز به صرف هزينه و زمان ناديده گرفته شده و سنگ زني انجام نميگيرد. در صورتيكه جوش فقط تحت نيروهاي استاتيك قرار بگيرد اين موضوع چندان اهميت ندارد. اما در مواردي كه جوش تحت بارهاي ديناميكي باشد مسئله متفاوت بوده و وجود سطوح انتقال نامناسب جوش به فلز پايه و يا شيارهاي روي گرده جوش مناطق جوانه زني تركهاي خستگي شده و عمر قطعه را بسيار كوتاه ميكنند. لذا اين موضوع بايد توسط طراح و بازرس جوش كاملا بررسي گردد.

كليات جوشكاري ترميمي

مقدمه
جوشكاري تعميري يكي از فرآيندهاي مهم تعميرات و نگهداريست كه شامل جوشكاري ترميمي و سطح پوشاني مي گردد . با توجه به اينكه در صنايع فلزي حجم كارهاي تعميرات و نگهداري بسيار بيشتر از ساخت مي باشد . تعداد جوشكاران فعال در زمينه جوش تعميري بيشتر است . اين موضوع اهميت جوشكاري تعميراتي را در صنايع نشان مي دهد .
قطعات بطور پيوسته دچار سايش ، خوردگي و شكست مي شوند . در بسياري موارد امكان جايگزيني قطعه كاملا" مشابه وجود ندارد . اين موضوع در موارديكه صنعت يا قطعه قديمي باشد بيشتر صدق مي كند . با توجه به اينكه در تعمير قطعات مي توان نواقص و نقاط ضعف اصلي را بر طرف كرد ، قطعه تعمير شده مي تواند كارآيي بهتري داشته باشد . همچنين با توجه به كاهش زمان توقف و رفع نياز خريد قطعه جديد ، هزينه تعميرات كاهش مي يابد . در اين مقاله سعي شده به كليات و اصول اجرايي يك جوشكاري ترميمي موفق بر اساس ملزومات استانداردي بصورت خلاصه اشاره گردد.

جوشكاري ترميمي
در قطعات توليد شده عيوب مختلفي را مي توان مشاهده كرد كه اين عيوب مي توانند ناشي از فرآيند توليد و يا حين كاركرد قطعه بوجود آمده باشند . بسته به نوع و علت ايجاد عيب ، جوشكاري ترميمي به چند دسته تقسيم مي شود :
- جوشكاري تكميلي در حين توليد ( finishing weld )
- اصلاح جوشكاريهاي غير قابل قبول ( correction of non confirming weld )
- جوشكاري تعميري حين كاركرد قطعه ( repair weld )

1-جوشكاري تكميلي در حين توليد
نحوه جوشكاري تكميلي بستگي به نوع فرآيند توليد دارد . بعنوان مثال در مورد قطعات ريختگي از جوشكاري تكميلي براي برطرف كردن حفره ها ، تخلخل و يا اصلاح شرايط ابعادي قطعه استفاده مي شود .
در اينگونه موارد بايد مقدار حرارت ورودي و تنشهاي پسماند احتمالي را در نظر گرفت چرا كه ممكن است شرايط قطعه را غير قابل قبول سازد . بنابراين گاهي اوقات بايد عمليات حرارتي خاصي نيز اعمال گردد . گاهي اوقات مشتري براي انجام اين فرآيند دستورالعمل خاصي را درخواست مي كند .

2-اصلاح جوشكاريهاي غير قابل قبول
معمولا" كيفيت جوش و تلورانسهاي قطعه بايد با شرايط مندرج در استاندارد مورد استفاده و يا قرارداد منطبق باشد . (استانداردهاي ISO 13920 . ISO 10042 . ISO 5817 ) . در صورتيكه اين مورد احراز نگردد بايد اقدامات اصلاحي بر اساس استاندارد ISO 3834 انجام گيرد . پس از اجراي اقدامات اصلاحي قطعه بايد مجددا" تحت بازرسي ، آزمون و كنترل كيفي قرار گرفته و با شرايط مورد نياز مطابقت گردد . همچنين شرايط و علل ايجاد عيب بايد بدرستي بررسي و رفع گردد .

3-جوش تعميري حين كاركرد قطعه
در صورتيكه حين كاركرد قطعه دچار شكست شود و يا عيوبي در جوش و يا فلز پايه ايجاد گردد ، مراحل زير قبل از اجراي جوش تعميري بايد انجام گيرد :
- تعيين ريشه و علل ايجاد عيب
- تعيين دقيق فلز پايه و مواد مصرفي جوش
- بررسي استاندارد مورد استفاده و قرارداد پيرامون موضوع تعمير
- تهيه برنامه تعمير ( شامل مراحل تعمير )

3-1-تعيين ريشه و علل ايجاد عيب
دليل ايجاد عيب ها در جوش بايد قبل از بازسازي مشخص گردد . ( بعنوان مثال با آزمايشهاي متالوگرافي ) . تنها با دانستن علت ايجاد عيب مي توان از تكرار آن پس از بازسازي جلوگيري كرد.
دلايل ايجاد عيوب مي تواند جزو موارد زير باشند :
-تنش بيش از حد مجاز
-خطاي طراحي و محاسباتي
-انتخاب ماده نا مناسب
-جابجا شدن فلز پايه و يا ماده مصرفي با فلز يا ماده نا مناسب
-عيوب مراحل ساخت ( آماده سازي ، سرهم بندي ، جوشكاري ، عمليات حرارتي )
پس از بررسي علت ايجاد عيب و ريشه يابي آن جهت رفع آن ممكن است به اجراي يك يا چند مورد از موارد زير نياز باشد :
-تغيير طراحي ( مثلا" ابعاد جوش )
-تغيير مواد پايه يا مواد مصرفي جوش
-تغيير مراحل و پارامترهاي جوش
-ماشينكاري و پرداخت بيشتر جوشها

3-2-فلز پايه و مواد مصرفي جوش
3-2-1-فلز پايه
در صورتيكه نوع دقيق فلز پايه در مستندات معتبر بازرسي موجود نباشد ، بايد آناليز شيميايي گرفته شود . در مورد فولادهاي ساختماني ريز دانه با تنش تسليم بالاتر از 355 MPa بايد دقت خاصي در مورد ميكرو آلياژها صورت گيرد .
در مواردي كه از فولادهايي با عمر بيش از 30 سال استفاده شده است هنگام برنامه ريزي تعمير بايد به مقدار نيتروژن توجه شود (امكان شكست ترد ) .
در صورتيكه خواص مكانيكي فلز پايه مشخص نباشد بايد نمونه هايي از قسمتهاي كم تنش قطعه تهيه شده و تست گردد . خصوصيات زير بايد مشخص شود :
-استحكام كششي
-استحكام تسليم
-افزايش طول
-چكش خواري (خواص ضربه )
-كاهش سطح مقطع در راستاي ضخامت ( در صورت نياز )
در صورت نياز آزمونهاي متالوگرافي نيز بايد انجام گيرد (مانند تعيين ساختار ماده ، محل عيب ) .

3-2-2-مواد مصرفي جوش
مواد مصرفي جوش استفاده شده بايد مشخص گردد (مثلا" توسط آناليز شيميايي ) . در جوشكاري ترميمي مواد 30% ) باشند . بخصوص براي جوش ريشه اغلب توصيه³مصرفي بايد داراي افزايش طول مناسب ( مي شود كه از مواد مصرفي با استحكام تسليم كمتر از فلز پايه استفاده شود . در مواردي كه لايه جوش ماشينكاري و برداشته مي شود , بايد حتما" از اين مواد استفاده شود .

3-3- استاندارد مورد استفاده و قرارداد
جوشكاري ترميمي بايد كاملا" مطابق با استاندارد مشخص شده و يا دستورالعمل قرارداد اجرا گردد و كيفيت و تلورانسهاي خواسته شده بايد بدست آيد . در بعضي موارد برنامه ترميم بايد توسط يك بازرس يا مشتري بررسي و تائيد شود همچنين امكان دارد روال كار حين اجرا توسط بازرس يا مشتري نظارت گردد . بعد از اتمام جوشكاري حداقل آزمونهاي اصلي براي نمونه اوليه بايد اجرا شود .

3-4-برنامه ترميم
براي هر ترميمي بايد برنامه تهيه گردد و اغلب نياز است كه اين برنامه توسط بازرس يا خريدار تائيد شود . مواد موجود در برنامه ترميم بسيار شبيه به برنامه جوشكاري است . در طراحي برنامه بايد به موارد زير توجه خاص صورت گيرد :
-تميز كاري
-نوع ماده
-نام تجهيز و قسمتهايي كه بايد ترميم گردند
-طراح قسمتهاي معيوب كه بايد برداشته شوند و روش برداشتن عيوب
-مواد مصرفي جوش
-دستورالعمل جوش ترميمي
-گواهينامه جوشكار
-آزمونهاي تائيد دستورالعمل جوش
-ترتيب و توالي عمليات ترميم
-مقدار مجاز انقباض
-عمليات حرارتي ( دما ، زمان ، سرعت گرم و سرد كردن ) (در صورت نياز )
-عمليات پس از جوشكاري ( چكش زني ، ماشينكاري ، پرداخت )
-روشهاي آزمون ( زمان و مشخصات آزمون )
-بازرسي و بررسي جوش ترميمي

4- مراحل اجراي جوشكاري ترميمي
فعاليتهاي مهم براي اجراي جوشكاري ترميمي را مي توان به سه دسته تقسيم كرد :
-آماده سازي براي جوشكاري
-جوشكاري ترميمي
-عمليات پس از جوشكاري

4-1- آماده سازي براي جوشكاري
قبل از آغاز جوشكاري بايد موارد زيادي در نظر گرفته شود .مهمترين اين موارد عبارتند از:
-ايمني : محل اجراي جوشكاري ترميمي بايد آماده سازي شده و كليه موارد ايمني در نظر گرفته شود .
-تميزكاري : تمامي آلودگيها مانند غبار ، روغن ، رنگ و … بايد از سطح قطعه تحت جوشكاري پاكسازي گردد . روش پاكسازي بستگي به نوع ماده و محل قطعه كار دارد . براي اغلب تجهيزات و سازه ها تميزكاري با بخار لازم است . در صورت عدم امكان اجراي تميزكاري با بخار مي توان از شستشوي شيميايي و يا بلاست استفاده كرد . همچنين از تميزكاري با ابزار مانند برس ، سنگ سمباده و … نيز مي توان استفاده كرد .
-پياده سازي : بجز در موارديكه كار ترميم بسيار ساده است در ساير موارد نياز به پياده سازي وجود دارد .
-محافظت از تجهيزات و سطوح ماشين شده نزديك به محل كار : در صورت اجراي جوشكاري ترميمي ، تجهيزات و قطعاتي كه در نزديكي محل قرار دارند بايد از جرقه جوش ، شعله ، جرقه هاي برش و ساير خطرات محافظت شوند . براي محافظت مي توان از ورقه هاي فلزي و يا برزنت استفاده كرد . سطوح ماشين شده بايد تا فاصله 5 پا از محل جوش پوشانيده شوند .
-بست و مهار : در تعميرات پيچيده امكان دارد به بست يا مهار سازي نياز باشد . علت اين امر به وزن زياد قطعه و يا نيروهاي اعمالي به قطعه تحت جوشكاري بر مي گردد . اگر اجزاء اصلي سازه بريده شوند بايد نيرو توسط مهارهاي موقتي تحمل گردد . اين مهارها مي توانند بصورت موقت به سازه جوشكاري شود .
-الگو سازي : در اغلب موارد تعميراتي لازم است كه قسمتي از ماده برداشته شود تا امكان ايجاد جوش با نفوذ كامل ايجاد گردد. در اين موارد بايد الگويي ساخته شود كه قسمتي را كه بايد بريده شود وبراي جوشكاري آماده شود مشخص نمايد . الگو بايد طوري طراحي شود كه كمترين ماده برداشته شود و راحت ترين موقعيت جوشكاري را ايجاد نمايد .
-پيش گرمايي : پيش گرم كردن و برش با برنال يا گوج كردن جزو عمليات آماده سازي جوشكاري مي باشند . هنگامي كه برنال كاري يا كوج نياز باشد ، بايد پيش گرمايي مشابه پيش گرمايي لازم براي جوشكاري انجام گردد . هر چند كه تنش هاي ايجاد شده در برش كاري كمتر از جوشكاري است ، اما در برشكاري نيز امكان ايجاد شوك هاي حرارتي مشابه جوشكاري وجود دارد . پيش گرم كردن قبل از جوشكاري از اهميت ويژه اي برخوردار است و بايد دقيقا رعايت شود. بسياري از عيوب جوش ناشي از عدم پيش گرم كردن مناسب قبل از جوشكاري است. عوامل اصلي موثر بر دماي پيشگرم شامل كربن معادل، ضخامت قطعه و پارامترهاي جوشكاري ميباشد. جداول و نمودارهاي بسياري براي محاسبه مقدار پيشگرم لازم براي مواد مختلف طراحي شده است. جدول زير يكي از نمونه هاي كاربردي اين جداول ميباشد.
-برشكاري و گوج كردن : برشكاري با مشعل ، گوج و برش قوس كربن بيشترين مصرف را در مراحل جوشكاري ترميمي دارند كه بسته به نوع ماده و مشكل لبه سازي يكي از آنها انتخاب
مي گردد . البته در صورت استفاده از قوس كربن بايد پارامترها به گونه اي تنظيم شود كه از رسوب كربن در سطوح جوشكاري جلوگيري شود . در مورد بعضي مواد نمي توان از روشهاي فوق استفاده كرد . (مانند فولاد ضد زنگ ) در اينگونه موارد از روشهاي مكانيكي و سنگ زني استفاده مي شود . در صورت استفاده از گوج يا مشعل، پس از اتمام فرآيند لبه ها بايد مجددا تا 2mm سنگ زده شوند.
-سنگ زني و تميزكاري : سطوح ايجاد شده در مرحله قبل به اندازه مناسب صاف نبوده و داراي نقاط سوخته ، اكسيد و غيره مي باشد . سطوح جوش بايد قبل از جوش صاف و تميز گردد . در موارد بحراني كه احتمال ايجاد ترك هاي اضافي وجود دارد بهتراست پس از سنگ زني تست MT يا PT صورت گيرد تا از باقي نماندن ترك اطمينان حاصل شود .

4-2- اجراي جوش ترميمي
جوشكاري ترميمي موفق شامل موارد و پارامترهاي زير مي گردد .
- دستورالعمل جوش : دستورالعل جوش بايد براي استفاده جوشكاران تهيه گردد . اين دستورالعمل بايد شامل پروسه ، نوع ماده مصرفي ، پيش گرم و ساير اطلاعات تخصصي لازم براي اجراي جوشكاري باشد .
- تجهيزات جوشكاري : تجهيزات جوشكاري بايد به اندازه كافي در دسترس باشد بطوريكه تأخيري در كار ايجاد نشود . اين تجهيزات شامل ماشين جوش ، كابل ، آون ، گيره و … مي باشد .
- مواد : مواد كافي نيز بايد در دسترس باشد . اين مواد شامل الكترود و مواد مصرفي جوش، قطعات جايگزين ، تقويتي ها و غيره مي باشد . همچنين سوخت جهت پيش گرم و برش نيز بايد در حد كافي موجود باشد .
- ترتيب جوشكاري : ترتيب جوشكاري و نحوه اجراي پاسها بسيار اهميت دارد و بايد بطور واضح در دستورالعمل تشريح گردد .
- ايمني : در تمام مراحل بايد شرايط بگونه اي تعبيه شود تا ايمني كامل برقرار گردد .
- كيفيت جوش : كيفيت جوش بايد بطور مداوم بررسي گردد . جوش نهايي بايد كاملا" صاف و بدون شيار باشد .
- در نهايت بايد تعداد كافي جوشكار تائيد شده و با مهارت براي اجراي سريع كار وجود داشته باشد .

4-3- عمليات پس از جوشكاري
پس از اتمام جوشكاري بايد قطعه به آهستگي سرد شود و نبايد در برابر باد يا محيط سرد كننده قرار گيرد . همچنين تا زماني كه قطعه به دماي محيط نرسيده نبايد نيرويي به محل تعمير شده اعمال گردد .
- بازرسي : جوش بايد تحت بازرسي قرار گيرد . اين بازرسي مي تواند شامل بررسيهاي غير مخرب مانند MT ، UT يا RT باشد . جوش ترميمي بايد از كيفيت بالايي برخوردار باشد چرا كه بايد جايگزين ماده اصلي گردد .

- عمليات تميزكاري : اين عمليات شامل جداسازي مهارها ، سنگ زني محل هاي اتصالات موقت، پاكسازي جرقه هاي جوش ، سرباره جوش و جمع آوري پوششهاي محافظ و غيره
مي شود .
- رنگ آميزي مجدد : در صورت لزوم پس از تميزكاري، ناحيه تعمير شده بايد رنگ آميزي گردد . همچنين قطعات ماشين آلات بايد در صورت نياز گريس كاري شوند .
- سرهم بندي : پس از تكميل مراحل تجهيز مجددا" سرهم بندي مي شود .

جوشكاري فولادهاي آستنيتي منگنز دار

فولادهاي آستنيتي منگنز دار كه به فولادهاي منگنزي هادفيلد Hadfield نيز موسوم هستند . بسيارچقرمه tough بوده و غير مغناطيسي مي باشند . معمولا" درجه حرارت تغيير حالت و سختي پذيري فولادهاي كم آلياژي توسط مقدار بالاي منگنز پايين آورده مي شوند و آوستينت تا درجه حرارت محيط نيز پايدار مي ماند . اين فولادها با استحكام بالا ، انعطاف پذيري خوب و مقاومت در برابر سايش عالي مشهور هستند و بصور مختلف ريختگي ، ورق ، سيم ، ميله و غيره عرضه مي شوند . قطعات ريخته شده يا نورد شده اين گروه فولادها غالبا" بصورت كوينچ شده بكار مي روند .

نكته جالب توجه اينكه برعكس اغلب فولادها اين گروه از فولاد بعد از كوينچ يا سريع سرد شدن در آب چقرمه تر يا سمج تر مي شوند اما تحت عمليات حرارت دادن مجدد يا تمپركردن ترد مي شوند. عمليات حرارتي معمول در فولادهاي آستنيتي حرارت دادن و آوستينيته كردن حدود (1800 -1950°F) 980 – 1060°C براي مدت حدود 30 -20 دقيقه و سريع سرد كردن در آب است تا خواص مكانيكي مطلوب بدست آيد . بالاي اين دما ساختار كاملا" آستنيتي مي باشد . اگر قطعه در زمان كافي و درجه حرارت مناسب قرار گرفته و در آب سريع سرد شود ساختار بوجود آمده زمينه روشن و با مرزدانه ها و ذرات ريز سرباره يا اكسيدها ديده مي شود. (زمينه روشن آوستينت است ) .

در حين عمليات حرارتي بويژه در درجات حرارت بالا ، لايه نازكي از سطح دكربوره و احتمالا" مقداري از منگنز هم مي سوزد كه در حين سريع سرد شدن بصورت مارتنزيتي همراه با " ترك " هاي ريز در مي آيد كه از نظر خواص مكانيكي ضعيف بوده ولي خاصيت مغناطيسي دارد . اين موضوع بويژه در قطعات نازك و آنهايي كه تحت نيروهاي خستگي زا قرار مي گيرند ممكن است قابل توجه باشد و در بعضي موارد ضرورت ايجاب مي كند تا اين لايه تراشكاري شود . اين پديده در حين برشكاري يا جوشكاري نيز ممكن است اتفاق بيفتد . تبديل و تغيير فاز ممكن است در درجه حرارت ثابت در اثناي حرارت دادن مجدد در درجه حرارت بالاي Alupper ايجاد شده و ساختاري شامل ورقه هايكاربيد و پرليت بوجود آورد . (كاربيد در درجه حرارت °C 593 - 538 (F 1100 - 1000 ) و پرليت °C 760- 538 (F 1400 -1000) ظاهر مي شوند ) . تغيير فاز از مرزدانه ها شروع شده و تركيب شيميايي تاثير قابل ملاحظه اي بر روي ساختار بوجود آمده دارد . بهر حال نتيجه اين تغييرات كاهش استحكام و انعطاف پذيري است.

با توضيحات بالا مي توان گفت كه تبديل و تغييرات از درجه حرارت محيط تا °C 482 (F 900 ) اتفاق نمي افتد بنابراين بايد توجه كرد كه قطعات جوش داده شده را نبايد بهيچوجه تحت عمليات حرارتي پس گرم يا تنش زدايي قرار داد . بطور كلي اين فولاد نبايد بالا °C 316 (F 600 ) تحت حرارت مجدد قرار گيرد ، مگر در شرايط خاص و زمان بسيار كوتاه . از طرف ديگر اين فولادها شديدا" تحت كار سرد سخت مي شوند . اگر قطعه اي كه تحت كار سرد قرار گرفته است مواجه با حرارت دادن مجدد شود ترد شدن آن خيلي سريع تر اتفاق مي افتد چون نطفه هاي بيشتري براي تغيير فاز وجود دارد . اين لايه نازك است و در ضمن حرارت دادن زير قوس الكتريكي ذوب مي شود ، اما در شرايطي كه كيفيت ويژه براي اتصال تقاضا شود بايد حتي المقدور اين قشر كار سختي شده را با دقت سنگ زده يا تراشيد .

ضريب انبساط حرارتي فولادهاي آستنيتي منگنز دار شبيه فولادهاي آستنيتي كرم – نيكل دار بوده و تقريبا" يك ونيم برابر فولادهاي فريتي است كه خود مشكلاتي را از نظر تنش هاي حرارتي و انقباضي در حين گرم و سرد شدن بوجود مي آورد . خواص مكانيكي اين گروه فولادها بين °C 204 تا 45- (F 400 تا 50- ) عالي است و بطور كلي براي موارد سايش بيشتر بكار مي رود .

فقط روش هاي جوشكاري با قوس الكتريكي براي فولادهاي منگنزي توصيه مي شود ، زيرا با توجه به توضيحات در مقدمه ، حرارت دادن مجدد اين فولادها كه قبلا" سمج يا چقرمه شده باعث از دست دادن شديد استحكام كششي و انعطاف پذيري آنها مي شود ، بنابراين هر فرآيند جوشكاري كه تناوب طولاني حرارت داشته باشد مناسب نيست ( جوشكاري با گاز يا شعله ) جوشكاري مقاومتي نيز بر روي فولادهاي منگنز دار متداول مي باشد .

از پيش گرم كردن قطعه فولاد آستنيتي منگنز دار قبل از جوشكاري اكيدا" بايد پرهيز كرد . علاوه بر فلز اصلي قطعه كار فلز جوش رسوب داده شده نيز تحت حرارت دادن مجدد نبايد قرار گيرد هر چند اين تاثير ناشي از حرارت مجدد با بهسازي هايي كه در توليد فلز پر كننده يا الكترود پيش بيني شده تا حدودي محدود است و فقط باعث ضخيم شدن مرزدانه ها مي شود . بهسازي در الكترود يا مفتول جوشكاري شامل كاهش هر چه بيشتر كربن و افزودن بعضي عناصر كند كننده تبديل فاز مي باشد .

جوشكاري فولاد آستنيتي منگنزي به فولادهاي ديگر ( كربني و كم آلياژي ) فقط با استفاده از فلز پركننده فولاد منگنزي امكان پذير است و در صورتي كه با تفكيك صحيح جوشكاري كار شود بهترين نتيجه وقتي حاصل مي شود كه ميزان فسفر در مفتول يا الكترود كمتر از 025/0% و منگنز بيش از 14 درصد و " ميزان امتزاج " در لبه فولاد غير منگنزي كمتر از 25 درصد باشد . در غير اينصورت ممكن است ترك برداشتن در جوش يا مجاور آن اتفاق افتد . هرگز نبايد از مفتول يا الكترود فولاد كربني يا كم آلياژي در اين موارد استفاده شود . بعضي جوشكارها مفتول فولاد زنگ نزن 308 را ترجيح مي دهند . البته بايد عمق نفوذ و ميزان امتزاج پايين نگهداشته شود .

انواع گوناگوني از الكترود جوشكاري با تركيبات متفاوت براي جوشكاري اين گروه فولادها توليد و عرضه مي شود كه بعضي از آنها صرفا" براي عمليات سطحي رسوب دادن لايه سخت در مواضع تحت سايش زياد مناسب است . جدول زير خواص مكانيكي و تركيب شيميايي چند نمونه فلز جوش رسوب داده شده با چند نوع مفتول بر روي فولاد آستنيتي منگنز دار نشان مي دهد . خاصيت ضربه پذيري نمونه ديگري ازفلز جوش در جدول بعدي آورده شده است .

خواص مكانيكي و تركيب شيميايي چند نمونه لز جوش از الكترودهاي فولاد منگنزدار

خواص ضربه اي فلز جوش Ni - Mn *

· آناليز تقريبي فلز جوش عبارتنداز:

C 0.75% , Mn 14.5% , P 0.021% , Si 0.65% , Ni 3.5% , Cr 0.4%

عليرغم بهبود در كيفيت الكترود جوشكاري براي اين گروه فولادها ، توجه و مهارت در فرآيند جوشكاري و رسوب دادن فلز جوش و بعضي تاثيرات در منطقه مجاور جوش حائز اهميت است .

الكترود با منگنز بالا صرفا" بمنظور پركردن مواضع سائيده شده بكار مي رود و در مقابل الكترود منگنز موليبدن داراي سمجي و چقرمگي كمتري است . معمولا" سازنده ها با توجه به سوختن و از دست رفتن بعضي عناصر آلياژي در حين جوشكاري ، مقدار اضافي در تركيب الكترود يا مفتول پيش بيني مي كنند اما طبيعي است كه اگر جوشكاري با طول قوس زياد از حد يا بهم زدن غير معمول ( Pudding ) حوضچه جوش و يا عدم رعايت نكات ديگر انجام شود مقدار اضافي سوختن موثر موجب تقليل خواص و كيفيت فلز جوش رسوب داده شده مي شود .

الكترودهاي دستي فولاد منگنزي بصورت هاي گوناگون سيم آلياژي پوشش دار ، سيم با عناصر آلياژي در پوشش آن و لوله اي با عناصر آلياژي در مغز آن توليد و عرضه مي شود .

با توجه به مقدمه و توضيحات بالا مي توان خلاصه روش جوشكاري و نكات مهم مربوطه براي حفظ كيفيت خوب در فلز جوش (استحكام و سمجي بالا ) را با الكترود دستي بصورت زير خلاصه كرد :

1) جوشهايي كه يك يا هر دو جزء مورد اتصال ار فولاد آستنيتي هستند بايد از الكترودهاي منگنزي يا زنگ نزن ( كرم – نيكل دار ) استفاده كرد .

2) از فرآيند جوشكاري با شعله يا اكسي استيلن استفاده نشود ، احتمال ايجاد تردي در فلز قطعه كار و جوش وجود دارد .

3) الكترود را بايد در جاي خشك نگهداري كرده و يا قبل از استفاده آنرا پخت يا خشك كرد .

4) رعايت نكات و دستورات سازنده الكترود در مورد قطب و نوع جريان الكتريكي مصرفي الزاميست.

5) تميز كردن كامل رنگ ، چربي و آلودگي هاي ديگر از سطح و لبه مورد جوش

6) تا آنجا كه ممكن است قشر سطحي سخت شده در اثر كار سرد در مسير جوشكاري برطرف شود چون لايه مذكور داراي ساختار مارتنزيتي بوده و حساسيت زيادي در برابر تركيدگي دارد .

7) هر نوع عيب سطحي نظير ذرات ماسه سوخته شده يا محبوس شده ، خلل و فرجهاي انقباضي shrinkage porosity و تركيدگي ها بايد قبل از جوشكاري برداشته شوند .

8) در تعميرات مربوط به " تركيدگي " ، فلز اطراف " ترك " تا عمق آن برداشته شده و ابتدا و انتهاي مسير پيشرفت ترك را نيز با سوراخ كردن با جوش عرضي بست . البته اين موضوع خيلي ساده هم نيست چون انتهاي عمق تركيدگي در قطعه براحتي نمي توان تشخيص داد .

9) كوبيدن peening بدون توقف بر روي فلز جوش در حالت گداختگي كمكي در كاهش تنش هاي داخلي انقباض در اثناي سرد شدن و تقليل پيچيدگي مي كند .

10) هرگز فولاد آستنيتي منگنز دار را با الكترود فولاد كربن يا كم آلياژي نبايد جوش داد .

11) حرارت داده شده بازاي هر اينچ بايد در حد مي نيمم ( با توجه به ايجاد جوش سالم ) نگهداشته شود حرارت داده شده در واحد طول را مي توان با فرمول ساده زير محاسبه كرد :

H = E.I.60 / S

S = سرعت پيشرفت جوشكاري (سانتيمتر در دقيقه)

I = شدت جريان (آمپر)

E = اختلاف پتانسيل قوس (ولت )

H = حرارت داده شده در هر سانتيمتر (ژول بر سانتيمتر )

درجه حرارت قسمت مجاور جوش پس از يكدقيقه رسوب فلز جوش °C 316 (F 600) تجاوز نكند كاربرد سيستم اندازه گيري درجه حرارت كار در حين جوشكاري مفيد است . )

بايد اين امكان وجود داشته باشد تا با دست فاصله 15 سانتيمتري (6 اينچي ) مسير جوشكاري را در تمام لحظات لمس كرد . بخاطر داشته باشيم كه نفوذ حرارتي فولاد منگنزي 4/1 فولادهاي كربني است . در جوشكاري قطعات نازك و سبك دقت بيشتر در اين امر لازم است . عواملي كه به كاهش حرارت داده شده در واحد طول كمك مي كند عبارتند از :

الف - نگهداشتن طول قوسي كوتاه ( طول قوس زياد ولتلژ را افزايش داده و حرارت را در سطح وسيع تر توزيع مي كند ) .

ب - بهم زدن هر چه كمتر حوضچه جوش (بهم زدن جوش و يا حركت زيگزاگي موجب بازيابي كمتر منگنز و كاهش سرعت پيشرفت جوشكاري مي شود .

ج - پيش گرم كردن فولاد منگنزي مفيد نيست ( انواع كم آلياژي ممكن است در شرايط خاص كمي پيش گرم كرد . )

د - استفاده از جوشهايي با طول كوتاه در قسمتهاي مختلف بطور تناوب براي بهتر پخش شدن حرارت و عدم بالا رفتن درجه حرارت در يك نقطه .

ه - تامين زمان كافي براي سرد شدن هر قسمت از جوش رسوب داده شده . گاهي مي توان از آب نيز براي سرد كردن استفاده كرد در صورتيكه دقت شود رطوبت به نقطه مورد جوش در پاس بعدي نرسد .

و - استفاده از مفتول يا ميله هايي از فولاد منگنزي در موارديكه نياز به مقدار رسوب بالا است . اين مفتول ها قبلا" در موضع جوش قرار داده مي شوند و ذوب شدن و ادغام آنها در حوضچه جوش موجب سريع تر سرد شدن فلز جوش مي شود .

استفاده از فرآيندهاي نيمه خودكار و خودكار جوشكاري براي اين گروه فولادها نيز متداول است ، در اين فرآيند به الكترودهاي مداوم نياز است كه بصورت سيم هاي آلياژي توپر يا لوله ها با محتواي مواد فلاكسي يا سرباره ساز و احيانا" عناصر توليد و عرضه مي شوند . سيم هاي توپر در فرآيند هاي خودكار و نيمه خودكار معمولا" باريك است بعضي از الكترودهاي لوله اي با قوس باز به كمك محافظت گاز CO 2 و يا مخلوط CO 2 و آرگون بكار برده شده و برخي ديگر در فرآيند قوس زير پودري و به كمك پوشش سرباره استفاده مي شوند . يكي از بيشترين كاربرد جوشكاري بر روي فولادهاي منگنزي پركردن مواضع سائيده شده به كمك رسوب فلز جوش است . معمولا" فلز جوش داراي همان تركيب شيميايي فلز قطعه كار است ، هر چند در بعضي موارد لايه رسوب داده شده از مقاومت سايشي بيشتري برخوردار است . همانطور كه در اتصالات فولادهاي سنگنزي گفته شد اينگونه كارهاي سطحي و تعميراتي نيز با روش قوس الكتريكي و تمركز حرارت هر چه بيشتر انجام گيرد تا پديده " حرارت مجدد " و رسوب كاربيد و بالاخره كاهش خواص مكانيكي اتفاق نيفتد .

در اينموارد بايد فرض كرد كه سطح سائيده شده در اثر كار سختي سخت شده و اگر در منطقه حرارتي ناشي از جوشكاري قرار گيرد احتمال ترك برداشتن آن بسيار زياد است . براي اجتناب از اين مشكل در زير مجاور جوش بايد قبل از جوشكاري اين لايه سخت شده را بكمك سنگ زدن يا برشكاري با قوس برداشت . همانطور كه قبلا" گفته شد بايد سعي شود از فلز پركننده اي استفاده شود كه تطابق تركيب شيميايي با فلز قطعه كار داشته باشد و جوش ها كوتاه و منقطع باشد ( پايين نگهداشتن حرارت داده شده در واحد طول ) . تصور اينكه فقط پايين نگهداشتن آمپر كافي است اشتباه است . چه بسا با آمپر بالا و سرعت جوشكاري سريع مي توان از پخش حرارت به اطراف و بالا رفتن درجه حرارت اين مناطق جلوگيري كرد . نكات گفته شده ديگر در مورد كوبيدن جوش يا استفاده از ميله هاي فولاد منگنزي و يا عدم پيش گرم كردن در جوشكاري تعميراتي نيز صادق است و از تكرار آنها خودداري مي شود .

پيچيدگي قطعه پس از جوشكاري هم اغلب يكي از مشكلات مي باشد . استفاده از گيره ها و نگهدارنده ها و يا بستن پشت به پشت دو فك خرد كننده و يا كوبيدن فلز رسوب داده شده گداخته و تدابير ديگر مي تواند موجب كاهش پيچيدگي و تغيير شكل شود .

بطور كلي رفع عيوب ريختگي قطعات فولاد منگنزي را بايد پس از عمليات كوينچ كردن آنها انجام داد . زيرا در حالت ريخته شده as – cast بسيار ترد و شكننده بوده ممكن است در حين جوشكاري شكسته شوند . ديواره هاي كناري حفره هاي انقباضي بايد چنان سائيده شود كه داراي شيبي برابر 15 درجه ( حداقل ) باشد .

گاز محافظ در جوشکاری TIG فولادهای زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن معمولا از گاز خالص آرگون (99.99%) بعنوان گاز محافظ استفاده میشود. در کاربردهای خاص که ناخالصیها باید در حد بسیار کم باشند ممکن است از گاز آرگون خالصتر (99.995%) استفاده شود. افزودن هلیوم (تا ۳۰٪) یا هیدروژن (تا ۲٪) باعث افزایش انرژی قوس ٫ ازدیاد نفوذ جوش و تولید گرده جوشی با سطح صافتر میگردد. با اینکار میتوان سرعت جوشکاری را تا ۵۰٪ افزایش داد.

در جوشکاری فولادهای زنگ نزن نیتروژن دار مانند S32205 یا S31254 افزودن ۲٪ نیتروژن به گاز محافظ دارای مزایایی میباشد. این ترکیب گازی در مقایسه با آرگون خالص باعث بهبود مقاومت خوردگی (شکل ۱) میشود. افزودن مقدار نیتروژن بیش از ۲٪ مقاومت حفره ای شده را افزایش میدهد اما باعث افزایش سایش الکترود تنگستن نیز میشود. لذا افزایش بیش از ۲٪ نیتروژن در اغلب موارد توصیه نمیگردد.

شکل ۱- دمای بحرانی حفره ای شده در فولاد S32205 جوشکاری شده بروش TIG

جدول زیر لیست گازهای محافظ معمول در جوشکاری TIG فولادهای زنگ نزن متداول را نشان میدهد.

چند نکته کاربردی:

·     جريان گاز در جوشکاری TIG دستی فولادهای زنگ نزن l/min 4-8 ميباشد.

·     جريان گاز در جوشکاری TIG اتوماتيک بيشتر بوده و تا l/min 15 ميرسد.

·     در صورت استفاده از نازلهای با قطر بالا٫ جريان گاز بايد در قسمت بالايی محدوده مجاز انتخاب شود.

·     کمتر و يا بيش از حد بودن جريان گاز٫ ميتواند باعث ايجاد تخلخل در جوش شود.

·     جوشکاری TIG نسبت به وزش باد حساس است. هنگام جوشکاری در فضاهای باز مثلا سايت و يا سالنهای بزرگ آزاد بايد محافظت مناسبی در برابر باد ايجاد گردد.

ارسال شده توسط :

back