آشنایی با نقش کربن و فولاد کم آلیاژ در صنعت جوشکاری

1402/05/30 |

0

آیا می دانستید که بیش از ۳۵۰۰ گرید مختلف فولاد در جهان وجود دارد؟ در حالی که همه این گریدها کاربرد خاص خودشان را دارند، فولاد کربنی و فولاد آلیاژی رایج‌ترین مواد فلزی مورد استفاده در جوشکاری‌اند. در این نوشتار قدری با مقوله نقش کربن در فولاد و فولاد کم آلیاژ (Low-alloy steels) در جوشکاری آشنا خواهید شد.

 

فولاد کربنی چیست؟

فولاد کربنی (Carbon steel) آلیاژی از آهن، کربن، سیلیکون، منگنز و عناصر دیگر است. با این حال، مقدار کربنش خیلی بالا و سایر عناصرش به نسبت خیلی کم است و نسبت به فولاد ضد زنگ استقامت و دوام بیشتری دارد. آلیاژ فولاد ضد زنگ از حداقل ۱۰.۵٪ کروم تشکیل شده و دارای ویژگی‌های زیر است:

• مقاومت کمتر در برابر خوردگی
• استحکام بالا
• جوش‌پذیری کم
• نقطه ذوب پایین
• شکل‌پذیری کم

این آلیاژ را می‌شود به ۴ گروه اصلی دسته بندی کرد:

1. فولاد خیلی کم کربن: دارای کربن بسیار کم و معمولا کمتر از ۰.۱٪ است.
2. فولاد کم کربن: تا ۰.۳٪ کربن دارد.
3. فولاد دارای کربن متوسط: دارای کربنی در حدود ۰.۳۱٪ و ۰.۶٪ است.
4. فولاد دارای کربن بالا: دارای کربن بیش از ۰.۶٪ است.

فولاد کم آلیاژ چیست؟

فولاد کم آلیاژ مشابه فولاد کربنی است. با این حال، ترکیب آن دارای درصد بالایی از عناصر آلیاژی اضافی مثل کروم، مولیبدن و غیره است.

خواص فولاد آلیاژی به شرح زیر است:

• مقاومت بهتر از فولاد کربنی در برابر خوردگی
• استحکام پایین در مقایسه با فولاد کربنی
• جوش پذیری بالا
• نقطه ذوب بالا
• شکل پذیری بالا

 

موارد کاربرد فولاد کم آلیاژ

کاربردهای فولاد آلیاژی را می‌شود در موتورهای الکتریکی، خطوط لوله، ژنراتورهای برق، هواپیماها، چرخ دنده‌ها، دوک‌ها، قطعات خودرو و ترانسفورماتورها یافت.

فولادهای آلیاژی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

۱. فولاد کم آلیاژ

فولاد کم آلیاژ حاوی مقدار کمی عناصر آلیاژی است و نسبت به فولاد کربن خواص مکانیکی بهتری دارد. هدف اصلی فولاد کم آلیاژ افزایش سختی پذیری فولاد است که بهینه سازی خواص مکانیکی و سرسختی آن را بعد از عملیات حرارتی تضمین می‌کند.

 

۲. فولاد پر آلیاژ

فولاد پر آلیاژ با استحکام بالا (High-strength low-alloy steel یا باختصار HSLA)، مقدار زیادی عناصر آلیاژی دارد که این برای ارائه مقاومت بالاتر نسبت به خوردگی و خواص مکانیکی بهبود یافته در مقایسه با فولاد کربنی معمولی طراحی شده است. ترکیبات فولاد کم آلیاژ پر استحکام به جای خواص شیمیایی، خواص مکانیکی خاصی دارد.

انواع مختلفی از فولاد آلیاژی وجود دارد:

• فولاد میکروآلیاژی
• فولاد پیشرفته پر استحکام (AHSS)
• فولاد ماراژینگ
• فولاد ابزار

در جوشکاری گرید فولاد کم آلیاژ را چطور انتخاب کنیم؟

موقع انتخاب انواع فولاد آلیاژی، باید عوامل زیر را در نظر بگیرید:

• شکل پذیری
• قابلیت جوشکاری
• قابلیت ماشین کاری
• مقاومت در برابر خوردگی
• نیاز به فرآیند عملیات حرارتی
• استحکام کششی

 

چرا فولاد کم آلیاژ جوش‌پذیرتر از فولاد پر کربن است؟

فولادهای کم آلیاژ دارای تعداد کمی از عناصر آلیاژی هستند، در حالی که فولادهای کم آلیاژ دارای تعداد زیادی عناصر آلیاژی هستند. در بیشتر موارد، عناصر آلیاژی برای افزایش سختی و استقامت فولاد اضافه می‌شوند. به دلیل گنجاندن سطوح قابل توجهی از عناصر اضافی مانند کروم، فولاد آلیاژی نیز در برابر خوردگی مقاوم است.

فولادهای کم آلیاژ معمولاً قابل جوش هستند، اما خدمات، آرایش اتصالات و زیرگروه نوع مواد همگی باید مشخص باشند. اکثر روش‌ها ممکن است برای جوشکاری فولادهای کم آلیاژ استفاده شوند تا زمانی که مراقبت مناسب برای جلوگیری از عیوب انجام شود. دانستن ترکیب مواد، چه از روی ورق آسیاب یا یک مطالعه شیمیایی تخصصی، بسیار مهم است، زیرا این ترکیب تأثیر قابل توجهی بر جوش‌پذیری دارد.

درصد کربن فولاد پر کربن – که اغلب به عنوان فولاد ابزار شناخته می شود-، از 0.60 درصد تا 1.70 درصد متغیر است. می‌توان آن را خنثی و تمپر کرد، اما جوش‌پذیری آن ضعیف است. هر چه غلظت کربن بیشتر باشد، ناحیه متاثر از گرما سخت‌تر می‌شود، ترک‌های سرد بیشتر رخ می‌دهد و جوش‌پذیری ضعیف‌تر می‌شود. اگرچه، زمانی که سختی ناحیه متاثر از حرارت، با افزایش غلظت کربن یا آلیاژ افزایش می‌یابد، جوشکاری فولادهای کم آلیاژ به طور فزاینده‌ای دشوار می‌شود.

فولاد کربنی دسته وسیعی از فولادها با طیف وسیعی از ترکیبات شیمیایی است. اگرچه فولاد کربنی عمدتاً از آهن تشکیل شده است، عوامل اضافی مختلفی ممکن است به آن اضافه شود (به عنوان مثال، مقدار کربن) که می تواند تأثیر قابل توجهی بر جوش پذیری آن داشته باشد. هنگام کار بر روی پروژه ای که شامل جوشکاری می شود، بسیار مهم است که بدانید از چه نوع فولاد کربنی استفاده می شود. اگر متغیرهای مهم، مانند اجزای اضافی یا محدوده محتوای کربن در هر درجه، ناشناخته باشند، ممکن است شکست جوش رخ دهد.

الکترودهای مناسب فولاد کم آلیاژ

الکترودهای فولاد کم آلیاژ فلز پرکننده را برای جوشکاری فولاد کم آلیاژ در جوشکاری SMAW (جوشکاری قوس فلزی محافظ) فراهم می کنند. این الکترودهای استیل دارای پوششی هستند که در حین گرم شدن، گاز محافظ را آزاد می‌کند که به دور نگه داشتن آلاینده‌ها از حوضچه جوش کمک می‌کند. این بدان معناست که الکترودها به منبع خارجی گاز محافظ نیاز ندارند، بنابراین می توان از آنها در مناطق بادی بیرونی استفاده کرد.

الکترودهای جوشکاری E8018 برای جوشکاری فولاد کم آلیاژ حاوی 1.25% کروم و 0.5% مولیبدن استفاده می شود. این الکترودهای کم هیدروژن دارای پوششی هستند که میزان هیدروژن جذب شده از هوا و فرآیند جوشکاری را به حداقل می رساند.

در نظر داشته باشید، انتخاب فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ، همیشه به نیازهای جوشکاری شما بستگی دارد؛ موفق باشید!