مقاله در مورد جوش فولاد

بخشی از مقاله

جوش فولاد

ابزارهاي مورد استفاده در آماده سازي فولادهاي زنگ نزن بايد مخصوص اين فولادها بوده و در مورد ديگر فلزات استفاده نشوند . آلودگي ابزار به فلزات ديگر ميتواند باعث ايجاد خوردگي در فولادهاي زنگ نزن گردد .

اكسيد هاي سطحي بوجود آمده در اثر جوشكاري بايد با روشهاي مناسب حذف شوند . قطعات مورد استفاده براي آغاز و اتمام قوس جوشكاري بايد از جنسي مشابه فلز پايه انتخاب شوند .
در صورتيكه قطعه فقط از يكطرف جوشكاري شود پاس ريشه بايد از طرف مقابل تحت حفاظت گازهاي محافظ قرار گرفته و پاس اول توسط TIG يا پلاسما اجرا شود .

در صورت استفاده از پشت بند دائم ، اين پشت بند بايد از جنس فلز پايه باشد . همچنين در صورت امكان ايجاد خوردگي شياري نبايد از پشت بند دايم استفاده شود .
در صورت استفاده از پشت بند موقت مسي بايد سطح پشت بند در قسمت ريشه جوش شياري ايجاد گردد تا احتمال نفوذ مس در جوش كاهش يابد . مي توان از آبكاري كرم يا نيكل نيز استفاده كرد .
در صورت استفاده از گاز محافظ در سمت ريشه جوش بايد زمان اعمال گاز بدرستي رعايت گردد تا احتمال اكسيد شدن ريشه از بين برود .
تميز كاري پس از جوش بايد حتما" اجرا گردد تا مقاومت خوردگي فولادها كاهش پيدا نكند . تميز كاري را مي توان بروشهاي مختلف انجام داد :
- برس زني با برس سيمي از جنس فولاد زنگ نزن
- بلاست با ذرات شيشه يا گوي هاي فولاد زنگ نزن
- سنگ زني با سنگ هاي تميز و مخصوص فولاد زنگ نزن

- اسيد شويي
- پرداخت الكتروليتي
جوشكاري فولادهاي آ ستنيتي :
تمامي فرآيندهاي قوس الكتريكي را مي توان براي اين نوع فولادها بكار برد . حرارت ورودي را بايد تا جاي ممكن پايين نگه داشت تا باعث پيچيدگي ، ترك گرم و حساس شدن فلز پايه نگردد . همچنين از پيش گرم اين فولادها بايد اجتناب شود .
آرايش لبه ها مانند فولادهاي كربني مي باشد . در مورد ورقهاي نازك مي توان با ذوب كردن لبه ها بدون نياز به فلز پركننده جوشكاري را انجام داد .

فلز پركننده بايد بر اساس توصيه سازنده انتخاب شود . اين مواد را مي توان بر اساس استاندارد هاي EN 12073 , EN 12072 , EN 1600 انتخاب كرد .
مواد مصرفي در جوشكاري فولادهاي آستنيتي معمولا" فلز جوشي شامل مقاديري فريت توليد مي كنند تا احتمال ايجاد ترك گرم را كاهش دهند .
گاز محافظ در فرآيند TIG اغلب آرگون ، آرگون هيدروژن و يا آرگون هليوم مي باشد .
فولادهاي آستنيتي داراي ضريب انبساط بالا و هدايت حرارتي كم هستند لذا بسيار مستعد يچيدگي هستند . بنابراين اين موضوع بايد كنترل شود .
عمليات حرارتي پس از جوش در اغلب موارد براي اين فولادها نيازي نمي باشد . البته ممكن است جهت كاهش تنش پسماند يا افزايش خواص مطلوب عمليات حرارتي آنيل اجرا گردد . همچنين مي توان جهت C گرم كرد .تنش زدايي قطعه را تا 450
جوشكاري فولادهاي فريتي :
اين فولادها را نيز مي توان با انواع فرآيندهاي قوس الكتريكي جوشكاري نمود . اين فولادها مستعد رشد دانه مي باشند لذا بايد حرارت ورودي كم باشد .
گاهي ممكن است پيش گرم 200 – C در فولادهاي نيمه فريتي با ضخامت بيشتر از 3 mm نياز باشد . از ورود كربن و300 نيتروژن به درون جوش بايد جلوگيري شود . مواد مصرفي آستنيتي بدليل داكتيليتي بيشتر نسبت به فلز پايه براي جوشكاري اين فولادها ترجيح داده مي شود . در صورتيكه خطر ورود سولفور از محيط به درون قطعه باشد ، لايه نهايي جوش كه با محيط در تماس است بايد از مواد فريتي انتخاب شود . جهت جلوگيري ازخوردگي نبايد مقدار كرم فلز جوش كمتر از فلز پايه باشد .
مواد مصرفي فريتي را نيز در مواقعي كه نياز به انبساط حرارتي برابر و يا نماي ظاهري يكسان سطح باشد ، انتخاب نمود .
گاز محافظ بايد با پايه آرگون باشد و بهيچ وجه نبايد شامل CO 2 ، هيدروژن يا نيتروژن باشد .
در فولادهاي فريتي بدليل ضريب انبساط كم و هدايت حرارتي بالا مشكل پيچيدگي بسيار كمتر از فولادهاي آستنيتي است .
C انجامآنيل قطعه پس از جوشكاري در دماي 700 – 800 مي گيرد تا علاوه بر افزايش داكتيليتي منطقه HAZ و كاهش تنشهاي پسماند ، مقاومت به خوردگي بين دانه اي نيز بهبود مي يابد .
جوشكاري فولادهاي دوبلكس :
جوشپذيري فولادهاي دوبلكس با تنظيم درصد آستنيت - فريت و افزايش نيتروژن بهبود يافته است و احتمال رشد دانه و يا ايجاد بيش از حد فريت در ناحيه HAZ كاهش يافته است .
براي جوشكاري اين فولادها از تمامي فرآيندهاي قوس الكتريكي ميتوان استفاده كرد . در موارديكه جوشكاري بدون فلز پر كننده اجرا مي شود ناحيه اتصال بايد بعد از جوشكاري آنيل شده و بسرعت تا دماي اتاق سرد شود .

به پيش گرم در اين فولادها نياز نمي باشد اما مي توان حداكثر تا 100 جهت حذف رطوبت قطعه را پيش گرم كرد .
ميزان حرارت ورودي در اين فولادها بايد در يك محدوده مشخص قرار گيرد . حرارت ورودي كم باعث سريع سرد شدن و افزايش ميزان فريت و حرارت ورودي بالا باعث رسوب فازهاي بين C و برايفلزي مي گردد . ماكزيمم دماي بين پاسي براي فولادهاي كم و متوسط آلياژ 250 C مي باشد .فولادهاي پرآلياژ 100 – 150
جهت دسترسي به ساختار جوش مناسب بايد از مواد مصرفي با نيكل بالا استفا

ده شود .
براي فولادهاي كم و متوسط آلياژ كه در محيطهاي خورنده قرار مي گيرند مي توان از مواد مصرفي دوبلكس با مقادير بالاي كرم ، موليبدن و نيتروژن استفاده كرد . از هيدروژن در گازهاي محافظ بايد اجتناب گردد . فولادهاي دوبلكس به ترك هيدروژني حساس هستند .
فولادهاي دوبلكس حاوي مقادير بالاي نيتروژن ( > 0.20% ) نسبت به تشكيل تخلخل مستعد مي باشند . احتمال ايجاد تخلخل در حالت جوشكاري بالاسري بيشتر مي شود . براي رفع اين مشكل بايد پاسها نازك بوده و از طول قوس زياد اجتناب گردد .
عمليات پس گرمايي در اين فولادها اغلب نياز نمي باشد . در صورت نياز به آنيكل محلولي بعد از جوشكاري اين عمل بايد در دماي C بالاتر از دماي عمليات مشابه براي فلز پايه انجام گيرد. پس از اين عمليات30 – 40 قطعه بايد بسرعت تا دماي محيط سرد شود .
جوشكاري فولادهاي مارتنزيتي :
اين فولادها را اغلب بروش TIG يا MMA جوشكاري مي كنند البته روشهاي قوس الكتريكي ديگر را نيز در شرايط خاص مي توان استفاده كرد .
در كليه حالات مي توان از مواد آستنيتي يا مواد مشابه به فلز پايه استفاده كرد . حرارت ورودي بايد حد نرمال باشد . پيش گرم C اجرا گردد .بسته به نوع فولاد مي تواند بين 100 - 300
در اين فولادها نيز بدليل هدايت حرارتي بالا و ضريب انبساط پايين پيچيدگي مشكل عمده اي نمي باشد .
در صورتيكه از مواد مصرفي آستنيتي براي جوشكاري اين فولادها استفاده شود احتياجي به PWHT نمي باشد ولي در صورت استفاده از مواد مصرفي مشابه فلز پايه عمليات حرارتي طبق توصيه سازنده فلز پايه الزامي است
فولادهاي A514/A517 يك گروه از فولادهاي سازه كونچ و تمپر شده با تركيبي از خواص مكانيكي مناسب هستند. مهمترين اين خواص استحكام تسليم بالا (حداقل استحكام تسليم 90-100 ksi )، جوشپذيري و تافنس خوب در دماهاي پايين ميباشد. استفاده از اين فولادهاي پر استحكام باعث كاهش هزينه و افزايش راندمان ميگردد. هرچند جوشپذيري اين فولادها خوب است اما براي ايجاد يك اتصال موفق بايد به برخي نكات مهم توجه داشت. از جمله مهمترين اين نكات عمليات پسگرم ميباشد. منظور از عمليات پسگرم در اين نوشتار، عمليات حرارتي پس از جوشكاري در دماي بالاتر از 370ºC و كمتر از دمايي است كه سازنده براي تمپر كردن اين فولاد استفاده نموده است. بطور كلي اين فولادها نبايد تحت عمليات پسگرم قرار بگيرند چرا كه ممكن است در اثر اين عمليات، تافنس در ناحيه جوش و HAZ كاهش يافته و يا ترك در قطعه ايجاد شود.
عناصر آلياژي كه براي دستيابي به استحكام و تافنس بالا در اين فولادها بكار رفته در اثر عمليات پسگرم تاثير عكس بر خواص خواند داشت. عمليات پسگرم براي اين فولادها-مانند ساير فولادها-

تنها زماني ميتواند انجام شود كه از مفيد بودن آن اطمينان حاصل شده و آثار مخرب احتمالي آن قابل كنترل باشد.بهرحال در برخي موارد لزوم اجراي عمليات پسگرم غير قابل انكار است. بخصوص در مواردي كه امكان ايجاد ترك يا ترك خوردگي تنشي (SCC) در اثر تنشهاي باقيمانده از جوش يا كار سرد روي قطعه وجود داشته و يا تافنس قطعه در اثر جوشكاري يا كار سرد كاهش يافته باش

د. در اين گونه موارد بايد بررسي دقيقي صورت گيرد تا بتوان عمليات پسگرمي موفق و با كمترين احتمال آسيب اجرا كرد.
نتايج تستهاي ضربه انجام شده نشان ميدهد كه عمليات پسگرم در محدوده دمايي 510-650ºC ميتواند باعث آسيب به تافنس فلز جوش و ناحيه HAZ گردد. ميزان اين آسيب به تركيب شيميايي، دماي عمليات و مدت زمان قرار گرفتن قطعه در آن دما بستگي داشته و اثر مخرب آن با كاهش سرعت سرد كردن افزايش ميابد.
همچنين هنگامي كه جوش اين فولادها تحت عمليات پسگرم بالاتر از 510ºC قرار ميگيرد- مانند بسياري فولادهاي ديگر- ممكن است در ناحيه درشت دانه شده HAZ تركهاي بين دانه اي ايجاد شود. تركهاي بين دانه اي كه در اثر تنش بالا ايجاد ميشوند اغلب در مراحل اوليه عمليات پسگرم اتفاق مي افتند. امكان ايجاد اين تركها با افزايش ميزان مهار جوش (Weld Restraint) و شدت تمركز تنش بالا ميرود. عناصر كرم، موليبدن و واناديوم عوامل اصلي در ايجاد اين تركها هستند ولي عناصر كاربيدزاي ديگر نيز به اين قضيه كمك ميكنند. رسوب كاربيدها در دماي بالا در خلال اجراي عمليات پسگرم تعادل بين مقاومت به لغزش مرزدانه ها و مقاومت به تغيير فرم را در دانه هاي درشت ناحيه HAZ بر هم ميزند. اين پديده قبلا بطور كاملتر توضيح داده شده است (رجوع كنيد به مطلب مرتبط). اين تركها به نامهاي تركهاي بازگرمايشي (Reheat Crack)، تركهاي آزادكننده تنش (Stress Relife Crack) و تركهاي تنشي (Stress Rapture Crack) شناخته ميشوند. براي كاهش احتمال ايجاد اين تركها در مواردي كه انجام پسگرم الزامي باشد ميتوان از روشهاي زير استفاده كرد:
1- رعايت دقيق ميزان پيشگرم و كنترل حرارت ورودي حين جوشكاري با استفاده از تكنيكهاي مناسب.
2- انتخاب طرح اتصال، محل جوشكاري و ترتيب آن بگونه اي كه ميزان مهار بودن جوش به حداق برسد.
3- طراحي اتصال و شكل گرده نهايي بگونه اي كه حداقل تمركز تنش ايجاد شود.
4- استفاده از فلز جوشي كه استحكام آن در دماي عمليات پسگرم كمتر از استحكام ناحيه HAZ فلز پايه باشد.
5- پوشش دادن و يا لايه كشي ناحيه پنجه جوشهاي گوشه توسط يك يا چند لايه جوش بصورت حلقه زنجيري. براي اينكار بايد از فلز جوش با استحكام كم استفاده شود.
6- چكش زني ناحيه جوش به منظور كاهش تنشهاي پسماند در آن.
لازم به ذكر است كه اجراي هيچكدام از موارد فوق به تنهايي يا بصورت تركيبي متضمن حذف كامل احتمال ايجاد ترك در موارد عملي نميباشد، بلكه تنها كاهش دهنده اين احتمال است.
درصورت اجراي عمليات پسگرم، دماي آن نبايد از دماي تمپرينگ توليد كننده فلز بالاتر باشد. پسگرم در دمايي حدود 10ºC كمتر از دماي تمپرينگ توليد كننده از كاهش استحكام فولاد جلوگيري ميكند. همچنين توصيه ميشود كه قطعات جهت بررسي وجود ترك قبل و بعد از عمليات پسگرم تحت تستهاي غير مخرب قرار گيرند.
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