اثر جوشکاری بر آرام بودن فلز جوش

 

جوشکاری قوسی فرآیندی است که در آن دو فلز از طریق امتزاج بهم دیگر متصل می شوند. در اکثر موارد از فلزپرکننده مشابه نیز استفاده می شود.قبل از اینکه به یک اتصال مناسب برسیم،لازم است محل اتصال تا دمای ذوب فلز پایه حرارت داده شوند تا همراه با منطقه جوش ذوب شوند. اگر چه واکنش های متالورژیکی که مستلزم انجام ذوب،انجمادو استحاله های حالت جامد می باشند چندان غیر معمول نمی باشند ولی نرخ های سردایش خیلی شدید هستند.گازهای فعال نیز در منطقه جوش حضور دارندو می توانند در فلز جوش حل شوند.برای محافظت فلز جوش از فلاکس ها استفاده میشود. 

برخی از عیوب جوشکاری قوسیتخلخل گیر افتادن گاز در مذاب بالاخص گازهای نیتروژن و هیدروژن که قابلیت انحلال بالاتری در مذاب نسبت به جامد دارند، عیبی را تشکیل می دهند که تخلخل نام دارد. در حین انجماد گازها سعی دارند که فلز جوش را ترک کنند. با این وجود بدلیل نرخ بالای انجماد، بعضی از گازها در مذاب گیرمی افتند.میزان گازهایی که در مذاب گیر می افتند بستگی به نرخ انحلال گازها و نرخ انجماد دارد.اگر نرخ انحلال بالا باشد،حباب های گاز این شانس را دارند که که گسترش یافته و قبل از انجماد فلز جوش آن را ترک کنند. اما اگر این نرخ کم باشد، ممکن است در محلول باقی مانده واگر چه از تخلخل جلوگیری می کنند اما باعث عیوب دیگری مثل ترک هیدروژنی و چقرمگی پایین خواهند شد. در نرخ های متوسط ،گازها جوانه زده وبا توجه به میزان گاز انحلالی مقدار حباب های گازی را افزایش میدهد. بدترین شکل حباب های گازی در فلز مذاب که سوراخهای کرمی شکل worm holes نامیده می شوند وقتی تشکیل می شوند که نرخ آزادشدن گازها با نرخ انجماد یکی باشد که در این حالت حباب های گازی کشیده شده و بشکل کرمی در می آیند.

ازمنابع ورود هیدروژن به فلز جوش می توان به مرطوب بودن فلاکس ها، هیدروکربن ها و آلودگی های سطحی محل اتصال و نیز نشتی آب در تجهیزات جوشکاری GMAW اشاره کرد.در نتیجه محافظت نادرست محل جوشکاری، نیتروژن می تواند از هوا وارد فلز جوش شود.در GMAW اگر دبی گاز محافظ پایین باشد که نتواند محل جوشکاری را کاملا احاطه کند ویا اینکه دبی آنقدر بالا باشد که در محل جوش به اطراف پراکنده شود، احتمال ورود نیتروژن افزایش می یابد.در جوشکاری دستی SMAW در صورتیکه جوشکار ماهر نباشد ونتواند طول جوش مناسب انتخاب کند و طول جوش را زیاد بگیرد، در این حالت نیز نیتروژن وارد فلز جوش می شود.

کامل نبودن ذوب
این عیب به شکلهای مختلفی دیده می شود: نفوذ نامناسب در محل اتصال، ذوب نشدن ریشه جوش و یا ذوب نشدن دیواره های جانبی محل اتصال.

علل این عیب را می توان این چنین نام برد:
گرمای ورودی نامناسب برای جوشکاری،میزان جریان کم،سرعت حرکت زیاد که سبب می شود فلز ذوب در جلوی قوس حرکت کند و یا زاویه نادرست الکترود و وضعیت نامناسب قطعه کار مشکلاتی که درباره نفوذ اتصال دیده می شود بیشتر به علت طراحی ضعیف محل اتصال است که اغلب یه کم بودن آمپراژ جوشکاری مربوط می شود.هرچند که درمورد جوشکاری در پناه گازهای محافظ، این بدان معنی است که حفاظت گازی درست نبوده است. به عنوان مثال، در جوشکاری با مخلوط گاز غنی از آرگون، عمق نفوذ باستثنای موردیکه بنام زبانه عمیق مرکزی deep central finger است عمق نفوذ نسبتا کم است. این زبانه در مرکز اتصال قرار نمی گیرد و لذا نمی توان زیاد به آن اعتماد کرد.
مخلوط گاز های محافظ که از دی اکسید کربن و یا هلیوم غنی هستند،عمق نفوذ زیاد و یکنواخت را ایجاد می کنند.وقتی در جوشکاری از یک طرف ریشه خوب ذوب نمی شود، لازم است که یا طراح اتصال طوری تغییر کند که از دو طرف جوشکاری انجام شود و یا اینکه طرح جوشکاری عوض شود تا ذوب ریشه کامل انجام شود.

در اکثر موارد که ذوب بین دیواره جانبی اتصال و محل جوش اتفاق نمی افتد، بیشتر ناشی از عدم بکارگیری تکنیک ها و روش های مناسب برای جوشکاری از سوی جوشکارها است.در فرآیند جوشکاری GMAW در صورتیکه برای جوشکاری مقاطع ضخیم از انتقال مدار کوتاه short circuiting transfer استفاده شود ،چنین مشکلاتی بوجود خواهد آمد. البته انتقال مدار کوتاه تنها برای مقادیر کم انرژی و برای ضخامت های کم مثل ورق ها خوب ومناسب است. زیرا این فرآیند برای موقعی طراحی شده است که نفوذ کم ایجاد کند و انجماد فلز جوش سریع اتفاق افتد.بهمین دلیل،ممکن است فلز جوش نتواند دیواره های جانبی محل اتصال در ضخامتهای بالاتر از6 mm که حرارت سریعا از آن خارج می شود را ذوب کند. در هر دو روش قوس با آرگون و دی اکسید کربن، جوش هایی رسوب داده می شوند که سنگین بوده لازم است در جوشکاری در موقعیت های عمودی و بالاسری مهار شوند. با این وجود این روش هابرای جوشکاری در موقعیت های تخت و افقی بسیار مناسب هستند. از سوی دیگر ، قوس پالسی با مخلوط گازی غنی از آرگون برای تمام موقعیت های جوشکاری بسیار موثر است. فلذا برای نفوذ مناسب و کنترل حوضچه مذاب برای جلوگیری از عیوبی مثل ذوب ضعیف دیواره های جانبی پیشنهاد می شود.

ترک های گرم
که با نامهای ترک های خط مرکزی centerline و یا ترک انجمادی solidification نیز مشهور است،بدلیل پس زده شدن اجزای کم دما بطرف مرکز خط جوش ایجاد می شود.به این علت ترک گرم نامیده می شود که معمولا بعد از تکمیل جوش و یا حتی درحین جوشکاری تشکیل می شود. اگر برای دیدن ترک گرم ،جوش شکسته شود، بصورت نیلی یا آبی رنگ دیده می شود. فسفر و گوگرد رامی توان عامل اصلی این عیب دانست که این عیب بیشتر مشابه با همانهایی است که در فولادهای پرکربن دیده می شوند.

با کمک از فرمول زیر می توان حساسیت به ترک که بر اساس ترکیب شیمیایی است با معادلات تجربی مقایسه کرد:

USC=230C+190S+75P+45Nb-12.3Si-5.4Mn-1 (Eq1(

درفرمول بالا عناصر برحسب درصد وزنی می باشند. اگر UCS کمتراز 10 باشد، بدین معنی است که حساسیت به ترک پایین است ولی اگر بیشتر از 30 باشد، حساسیت به ترک زیاد است و برای مقادیر بین این دو عدد، مراحل جوشکاری باید بدقت کنتزل شوند.

چنین عیوبی بیشتر در فرآیندهای جوشکاری اتفاق می افتدکه ترقیق Dilution بالا (یعنی نفوذ زیاد) ایجاد می کنند. عامل دیگری که منبع ترک گرم بشمار می رود، پروفیل برشی تیز کراتر جوش است sharp tear –drop profile of the weld crater می باشد که نشانه سرعت بالای جوشکاری است. در این موقع، در کراتر جوش ترک های انقباضی اشاعه می یابند که ترک های کراتر نامیده می شوند.هر دوی این عیب یعنی کراتر برشی و نفوذ کامل در دو فرآیند جوشکاری SAW و GMAW با گاز خنثی دی اکسید کربن دیده می شوند. البته در جوشکاری فیلت که تقعر زیادی دارد این مشکل بیشتر دیده می شود زیرا مقطع آنها برای تغییر تنش های عرضی حاصل از انقباض جوش مناسب نمی باشد.

نویسنده: علیرضا نوری