در بخش نخست این نوشتار، به اشکالات رایج در جوشکاری قوس فلزی دستی با الکترود پرداخته شد و ۳ مورد اول این فهرست بررسی و روش‌های مقابله با آنها ذکر شد. در بخش دوم موارد آخر این نوشتار بررسی می‌شود.
در نظر داشته باشید اطمینان از کیفیت بالا در جوشکاری قوس فلزی دستی اهمیت زیادی دارد چون مستقیماً بر استحکام، یکپارچگی و طول عمر آن تأثیر می‌گذارد. اگر این جوش به خوبی اجرا شود باید همجوشی، نفوذ و عدم وجود عیوب مثل تخلخل و ترک را نشان دهد.
۴. نفوذ کم عمق
نفوذ یکی از جنبه های مهم جوشکاری است که به عمق جوش ایجاد شده در بین فلز پرکننده مذاب و فلز پایه اشاره دارد. در جوشکاری قوس فلزی دستی، نفوذ کم عمق زمانی اتفاق می‌افتد که حوضچه جوش نتواند به اندازه کافی به عمق اتصال نفوذ کند و در نتیجه همجوشی ناکافی بین فلزات پایه ایجاد می‌شود.
علل نفوذ کم عمق در جوشکاری قوس فلزی دستی
۱. جریان جوش ناکافی: در جوشکاری قوس فلزی دستی، جریان جوش نقش بسزایی در تعیین عمق نفوذ دارد. اگر جریان خیلی کم تنظیم شود، گرمای تولید شده برای ذوب کافی فلز پایه ناکافی خواهد بود و منجر به نفوذ کم عمق می‌شود.
۲. طول قوس نامناسب: طول قوس که به فاصله بین الکترود و قطعه کار اشاره دارد، بر نفوذ تأثیر می‌گذارد. اگر طول قوس بیش از حد طولانی باشد، شدت گرما کم و در نتیجه نفوذ کم عمق ایجاد می‌شود؛ در حالیکه طول بیش از حد کوتاه قوس منجر به گرمای بیش از حد متمرکز و کم عمق شدن حوضچه جوش می‌شود.
۳. زاویه نامناسب الکترود: اگر زاویه الکترود بیش از حد تند باشد (به سمت دور از جهت جوش)، شدت حرارت کم و نفوذ کم عمق ایجاد می‌شود.
پیامدهای نفوذ ناکافی بر استحکام مفصل
همجوشی ناکافی بین فلزات پایه ظرفیت باربری را کاهش و احتمال شکست جوش را افزایش می‌دهد. پیامدهای نفوذ ناکافی عبارتند از:
۱. کاهش مقاومت مکانیکی: استحکام جوش به شدت به عمق نفوذ بستگی دارد. نفوذ کم عمق باعث ایجاد یک ناحیه همجوشی کوچکتر و در نتیجه کاهش استحکام مکانیکی اتصال جوش می‌شود. این می‌تواند توانایی اتصال را برای مقاومت در برابر بارهای وارده تضعیف و خرابی‌هایی برای سازه ایجاد کند.
۲. کاهش مقاومت در برابر خستگی: ترک‌های خستگی از انگشت جوش (منظور فلز پایه است) شروع می‌شوند و نفوذ کم عمق این آسیب‌پذیری را تشدید می‌کنند. نفوذ ناکافی باعث شدت تنش در لبه های اتصال می‌شود و جوش را مستعد شروع و انتشار ترک‌های خستگی می‌کند.
۳. عدم وجود عیوب همجوشی: نفوذ ناکافی می‌تواند منجر به فقدان عیوب همجوشی شود که در آن فلز پرکننده با فلز پایه یا گذرگاه‌های جوش مجاور جوش نمی‌خورد. این عیوب با ایجاد نقاط ضعیف در اتصال جوش، استحکام کلی آن را کاهش می‌دهد و یکپارچگی سازه را به خطر می‌اندازد.
۴. افزایش حساسیت به خوردگی: نفوذ کم عمق به ایجاد شکاف‌ها و ترک‌ها در اتصال جوش کمک و آن را مستعد خوردگی می‌کند. همین فقدان همجوشی و پیوند ناکافی بین فلز پرکننده و فلز پایه، مسیرهایی را برای نفوذ مواد خورنده ایجاد می‌کند که منجر به تخریب سریع می‌شود.
بهبود نفوذ جوش
در اینجا به چند استراتژی برای افزایش نفوذ در جوشکاری قوس فلزی دستی اشاره می‌شود:
۱. تنظیم پارامترهای جوشکاری برای نفوذ عمیق‌تر
با تنظیم دقیق این پارامترها، جوشکارها می‌توانند به نفوذ عمیق تری برسند:
- جریان: افزایش جریان جوشکاری باعث نفوذ عمیق‌تر می‌شود. با این حال، ایجاد تعادل خیلی مهم است چون جریان‌های بیش از حد بالا منجر به سایر مشکلات کیفی، مثل پاشش جوش و همجوشی ضعیف می‌شوند. جوشکاران باید به توصیه‌های سازنده الکترود مراجعه کنند و برای بهینه‌سازی تنظیمات فعلی برای هر اتصال خاص، اول جوش‌های آزمایشی انجام دهند.
- طول قوس: کوتاه کردن طول قوس نفوذ را بهبود می‌بخشد. طول قوس کوتاه‌تر، گرما و انرژی را در ناحیه کوچکتری متمرکز و در نتیجه نفوذ جوش بیشتری ایجاد می‌کند.
- سرعت سفر: کاهش سرعت سفر هم نفوذ را افزایش می‌دهد. با کاهش سرعت حرکت الکترود در طول اتصال، گرمای بیشتری به حوضچه جوش هدایت و منجر به افزایش نفوذ می‌شود.
طراحی مناسب و ملاحظات تناسب مفصل
برای این منظور جنبه‌های زیر را در نظر بگیرید:
۱. آماده سازی مفصل: اطمینان حاصل کنید که لبه‌های اتصال تمیز، عاری از آلاینده‌ها و دارای زوایای اریب یا ابعاد شکاف مناسب مطابق با مشخصات روش جوشکاری‌اند. تمیز کردن مناسب و اریب کردن به تقویت همجوشی بهتر و نفوذ عمیق‌تر کمک می‌کند.
۲. هندسه اتصال: طراحی اتصال بر توزیع و نفوذ گرما تأثیر می‌گذارد. در مقایسه با اتصالات تک شیار مربعی، اتصالات V، شیارهای U یا شیارهای دوبل V اغلب برای دستیابی به نفوذ عمیق‌تر ترجیح داده می‌شوند. انتخاب هندسه اتصال باید بر اساس کاربرد و ضخامت مواد باشد.
۳. فیت آپ: تناسب دقیق بین فلزات پایه برای دستیابی به نفوذ یکنواخت خیلی مهم است. هم ترازی مناسب و تناسب محکم تضمین می‌کند که حوضچه جوش مذاب می‌تواند به طور موثر در محل اتصال نفوذ و در نتیجه یک جوش قوی و قابل اعتماد ایجاد کند.
۵. ترک خوردن
ترک خوردگی می‌تواند به شدت یکپارچگی جوش‌ها را به خطر بیندازد. انواع مختلف ترک‌ها عبارتند از:
- ترک‌های داغ: ترک‌های داغ یا ترک‌های انجماد که در مرحله سرد شدن جوش ظاهر می‌شوند، معمولاً در فلز جوش یا منطقه متاثر از حرارت (HAZ) و به دلیل گرادیان دمای بالا و انقباض انجماد شکل می‌گیرند. ترک‌های داغ اغلب در موادی مشاهده می‌شوند که حساسیت بالایی به ترک خوردگی انجماد دارند، مثل آلیاژهای آلومینیوم خاص یا فولادهای پر کربن.
- ترک های سرد: بعد از فرآیند جوشکاری ترک‌های سرد یا ترک‌های تاخیری و یا ناشی از هیدروژن، در درجه اول به دلیل وجود هیدروژن در فلز جوش ایجاد و منجر به شکنندگی و انتشار ترک می‌شوند. ترک‌های سرد که بیشتر در فولادهای با مقاومت بالا دیده می‌شوند اغلب با پیش گرمایش ناکافی، نگهداری نامناسب الکترود، یا عملیات حرارتی ناکافی بعد از جوش همراه‌اند.
- ترک‌های تنشی: ترک‌های تنشی در نتیجه تنش‌های پسماند بیش از حد یا بارهای وارده بر اتصال جوش ایجاد می‌شوند و می‌توانند در فلز جوش، منطقه متاثر از حرارت یا حتی فلز پایه مجاور جوش ظاهر شوند. نقاط تمرکز تنش، مثل تغییرات شدید در هندسه یا انتقال ناگهانی، حساسیت به ترک خوردگی تنش را افزایش می‌دهند. جوش‌های تحت بارگذاری سیکلی یا تنش‌های حرارتی، به ویژه مستعد این نوع ترک‌اند.
عوامل موثر در تشکیل ترک
۱. محتوای هیدروژن: هیدروژن بیش از حد در فلز جوش، که اغلب از طریق رطوبت یا آلاینده‌های موجود در پوشش الکترود وارد می‌شود، احتمال ترک‌خوردگی سرد را افزایش می‌دهد. ترکیب شدن هیدروژن با کربن، متان را تشکیل می‌دهد که منبسط شده و با ایجاد فشارهای داخلی منجر به شروع و انتشار ترک می‌شود.
۲. سرعت خنک‌سازی: سرعت خنک‌سازی سریع می‌تواند باعث ایجاد ترک‌خوردگی شود، به‌ویژه در موادی با سختی‌پذیری بالا. وقتی جوش خیلی سریع سرد می‌شود، با ایجاد تنش‌ها در سازه، آن را مستعد ترک خوردن می‌کند. پیش گرمایش مناسب و عملیات حرارتی بعد از جوش می‌تواند به کنترل سرعت خنک سازی و به حداقل رساندن خطر ترک کمک کند.
۳. تنش‌های پسماند: جوشکاری تنش‌های پسماند را به دلیل چرخه‌های گرمایش و سرمایش موضعی ایجاد می‌کند. اگر فشار این تنش‌ها از مقاومت ماده بیشتر شود، ممکن است ترک‌هایی ایجاد شود. آماده‌سازی ناکافی اتصال، ترتیب نادرست جوشکاری یا تکنیک‌های جوشکاری نامناسب می‌تواند به تنش‌های پسماند بیش از حد و تشکیل ترک کمک کند.
پیامدهای ترک بر کیفیت جوش و یکپارچگی سازه
- استحکام ضعیف: ترک‌ها به عنوان متمرکز کننده تنش عمل می‌کنند و ظرفیت باربری اتصال جوش داده شده را کاهش می‌دهند. وجود ترک می‌تواند به طور قابل توجهی استحکام و چقرمگی جوش را کاهش دهد و منجر به شکست زودرس در زیر بارهای اعمال شده شود.
- افزایش آسیب پذیری در برابر خوردگی: ترک‌ها مسیرهایی را برای نفوذ رطوبت و گازها و مواد خورنده در جوش و رسیدن به فلز پایه فراهم می‌کنند واین روند خوردگی را تسریع و طول عمر و قابلیت اطمینان سازه جوش داده شده را پرخطر می‌کند.
- شکست سازه‌ای: اگر ترک‌ها شناسایی و ترمیم نشوند، می‌توانند گسترده و منجر به شکست فاجعه آمیز سازه شوند. این امر به ویژه در کاربردهایی که ایمنی و قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار است، مثل مخازن تحت فشار، پل‌ها یا خطوط لوله خیلی مهم است.
پیشگیری از ترک
خوشبختانه اقدامات پیشگیرانه زیادی وجود دارد که می‌شود قبل و در حین فرآیند جوشکاری برای به حداقل رساندن وقوع ترک انجام داد:
۱. تکنیک‌های پیش جوش
قبل از شروع فرآیند جوشکاری، می‌شود مراحل زیر را برای کاهش احتمال ترک در جوش انجام داد:
- آماده سازی مناسب مفصل: آماده سازی کافی مفصل برای به حداقل رساندن شدت تنش و نقاط شروع ترک خیلی مهم است، مثل اطمینان از تناسب مناسب، زوایای اریب مناسب و تمیز کردن مؤثر سطوح اتصال برای حذف آلاینده‌ها که در ایجاد ترک نقش دارند.
- کنترل گرمای ورودی: گرمای بیش از حد ورودی منجر به سرعت سرد شدن سریع و افزایش تنش‌های پسماند می‌شود که شرایط مطلوبی برای تشکیل ترک است. کنترل گرمای ورودی از طریق تنظیمات جریان مناسب، انتخاب اندازه الکترود و دستکاری سرعت حرکت، خطر ترک خوردگی را کاهش می‌دهد.
۲. تکنیک‌های طی فرآیند جوشکاری
- کنترل سرعت خنک‌سازی: خنک‌سازی سریع که منجر به سطوح بالایی از تنش پسماند می‌شود، جوش را مستعد ترک‌خوردگی می‌کند. استفاده از تکنیک‌هایی مثل پیش گرمایش، دمای کنترل شده بین پاسی و عملیات حرارتی بعد از جوشکاری، به کاهش سرعت خنک سازی و به حداقل رساندن احتمال ایجاد ترک کمک می‌کند.
- کم کردن تنش‌های پسماند: تنش‌های پسماند از سرد شدن و انقباض تفاضلی جوش و فلز پایه ایجاد می‌شوند و می‌توانند باعث ایجاد ترک شوند. با روش‌هایی مثل پینینگ، غوطه‌وری حرارت یا تنش‌زدایی، می‌شود تنش‌های پسماند را کم یا مجدداً توزیع کرد و در نتیجه شروع و انتشار ترک را کاهش داد.
۳. انتخاب صحیح الکترود
الکترودها یا”میله های کم هیدروژن” یا “الکترودهای پایه”، که به طور خاص برای به حداقل رساندن خطر ترک ناشی از هیدروژن طراحی شده و دارای رطوبت کنترل شده‌اند، به ویژه برای کاربردهایی که در معرض ترک خوردن هستند، مثل فولادهای با مقاومت بالا، مناسب‌اند. استفاده از الکترودهای کم هیدروژن به کاهش ایجاد ترک در جوش های قوس فلزی دستی کمک می‌کند.
۴. گزینه‌های عملیات حرارتی بعد از جوشکاری
۱. تنش زدایی: تنش زدایی شامل حرارت دادن قطعه جوش داده شده است تا دمای خاص و بعد سرد کردن آهسته‌ی آن. این فرآیند به کاهش تنش‌های پسماند و بهبود یکپارچگی ساختاری جوش کمک و احتمال تشکیل ترک را کم می‌کند.
۲. نرمال کردن یا بازپخت: برای مواد و کاربردهای خاص، فرآیندهای نرمال کردن یا بازپخت برای کاهش تنش‌ها و افزایش خواص مکانیکی جوش توصیه می‌شود. این روش‌های عملیات حرارتی می‌توانند به ویژه برای جوشکاری مواد با سختی‌پذیری بالا یا ریزساختارهای پیچیده مفید باشند.
کلام آخر
درک مشکلات رایج کیفیت مرتبط با جوش قوس فلزی دستی برای جوشکارانی که به دنبال دستیابی به جوش‌هایی با کیفیت و قابل اعتمادند، خیلی مهم است که جوشکاران می‌توانند با اجرای تکنیک‌های مناسب و رعایت بهترین روش‌ها، این مشکلات را کاهش دهند. اولویت دادن به کیفیت در جوشکاری قوس فلزی دستی، نه تنها برای افزایش زیبایی شناسی جوش، بلکه برای اطمینان از استحکام و دوام آن ضروری است. با پرداختن به این نگرانی‌های کیفیتی و به کارگیری اقدامات پیشگیرانه، جوشکاران می‌توانند به طور مداوم جوش‌هایی با بالاترین استانداردها تولید کنند که منجر به بهبود عملکرد کلی جوشکاری و رضایت مشتری شود.
منبع: Welding & Welder