دانشنامه
در بخش اول این مطلب به تعریف فلزات آهنی، جوشکاری ورق فلزی و فولاد پرداختیم. در بخش دوم جنبه های دیگر جوشکاری فلزات آهنی را بررسی می کنیم.
فرآیند جوشکاری در فلزات آهنی (فولاد)
فولادی که با شعله اکسی استیلن گرم می‌شود، بسته به ترکیب ساختارش، بین ۲۴۵۰ تا ۲۷۵۰ درجه فارنهایت (۱۳۴۳ و ۱۵۱۰ درجه سانتیگراد) سیال می‌شود و از محدوده نرم بین حالت جامد و مایع عبور می‌کند. این محدوده نرم، اپراتور را قادر می‌سازد تا جوش را کنترل کند.
موقع جوشکاری فلزات آهنی برای تولید یک جوش با همجوشی مناسب، میله جوشکاری باید در حوضچه مذاب قرار بگیرد تا میله و فلز پایه با هم ذوب و جامد شوند و یک اتصال جامد تشکیل بدهند. باید دقت کرد تا قسمت زیادی از مفصل گرم نشود؛ چون پخش شدن گرما ممکن است باعث شود مقداری از فلز جوش بچسبد اما با کناره‌های اتصال جوش نخورد. شعله باید به طرفین و پایین اتصال جوش خورده هدایت شود تا نفوذ در قسمت پایین مفصل هم ایجاد شود.
باید برای پر کردن محل اتصال، فلز جوش را در مقادیر کافی اضافه کرد بطوریکه هیچ گودی یا برجستگی ایجاد نشود؛ و آن را بیش از حد گرم نکنید چون باعث سوختن فلز جوش و ضعف اتصال نهایی می‌شود.
نقش ناخالصی‌ها در جوشکاری فلزات آهنی
وجود ناخالصی‌های اکسیژن، کربن و نیتروژن باعث ایجاد فلز جوش معیوب می‌شود چون این مواد به افزایش تخلخل، حباب، اکسیدها و ترکیبات سرباره تمایل دارند.
وقتی اکسیژن با فولاد ترکیب می‌شود و در دمای بالا تشکیل اکسید آهن می‌دهد، باید مراقبت شود که با حرکت مناسب شعله و میله، همه اکسیدهای تشکیل شده از بین بروند. شعله اکسید کننده باعث کف کردن فولاد و ایجاد جرقه می‌شود. اکسیدهای تشکیل شده از طریق فلز پخش می‌شوند و باعث ایجاد جوش متخلخل و شکننده می‌شوند. اکسیدهایی را که روی سطح جوش به وجود می‌آیند، می‌شود بعد از خنک شدن سیم با برس از بین برد.
یک شعله کربور‌کننده، کربن را به فولاد مذاب اضافه می‌کند و باعث جوشیدن فلز می‌شود. جوش‌های فولادی ساخته شده با این شعله شدید، خیلی سخت و شکننده هستند.
نیتروژن موجود در جو با فولاد مذاب ترکیب شده و نیتریدهای آهن را تشکیل می‌دهد و اگر مقدارش زیاد باشد قدرت و شکل‌پذیری آن را مختل می‌کند. با کنترل میزان ذوب فلز پایه و میله جوشکاری، اندازه حوضچه، سرعت جوشکاری و تنظیم شعله، ممکن است درجه ناخالصی ِمنابع فوق به حداقل برسد.
صفحات فولادی جوشکاری
در صفحات با ضخامت حداکثر ۳.۱۶ اینچ (۴.۸ میلیمتر)، اتصالات با فاصلهء برابر با ضخامت صفحه در بین لبه‌ها ایجاد می‌شوند. این اجازه می‌دهد تا شعله و میله جوش به ریشه اتصال نفوذ کنند. به منظور از بین بردن تاب‌خوردگی صفحات یا ترک‌خوردگی جوش باید فضای مناسب برای انبساط و انقباض ایجاد شود.
لبه‌های صفحات فولادی ضخیم (با ضخامت بیش از ۳.۱۶ اینچ (۴.۸ میلیمتر)) باید مورب باشد تا نفوذ کامل فلز جوش و همجوشی مناسب در اتصال حاصل شود (از روش جوشکاری فورهند استفاده کنید).
صفحات به ضخامت ۱.۲ تا ۳.۴ اینچ (۱۲.۷ تا ۱۹.۱ میلیمتر) باید در همه موارد برای یک اتصال U شکل آماده شوند. صورت ریشه در پایه اتصال ایجاد می‌شود تا زیر‌ساخت اولین مهره یا لایه‌ی فلزِ جوش شود. به طور کلی در جوشکاری این صفحات از روش بَک‌هند* استفاده می‌شود.
*جوشکاری بک هند یا کششی، تکنیکی است که در آن جوشکار اشیا را از چپ به راست جوش می دهد. اگرچه استثنائاتی هم وجود دارد، جوشکاری بک هند به طور معمول با زاویه ۱۵ درجه در سمت راست کارگر انجام می‌شود (مطابق شکل زیر).
نکته:
جوشکاری صفحات به ضخامت ۱.۲ تا ۳.۴ اینچ (۱۲.۷ تا ۱۹.۱ میلیمتر) برای جوشکاری اکسی‌استیلن توصیه نمی‌شود.
جوشکاری لبه‌های صفحات ۳.۴ اینچی (۱۹.۱ میلیمتری) یا ضخیم‌تر، معمولاً با استفاده از اتصال دبل V یا دبل U و از دو طرف صفحه می‌توانند انجام شوند. اگر جوشکاری در یک طرف صفحه انجام شود، برای تمام ضخامت‌های صفحه از یک تک‌اتصال ِV یا تک‌اتصال ِU استفاده می‌شود.
اصول کلی در جوشکاری فولاد
برای جوشکاری بیشتر فولادها از شعله خنثای کاملا متعادل استفاده می‌شود. برای اطمینان از اینکه شعله اکسید کننده نباشد، گاهی اوقات کمی پَر ِاستیلن بکار می‌برند. برای جوشکاری آلیاژهایی که کربن، کروم یا نیکل زیادی دارند، ممکن است از مقدار خیلی کمی استیلن استفاده شود. با اینحال، با کمی کاهش دادن شعله، سرعت جوشکاری بیشتر می‌شود. از فشار بیش از حد گاز خودداری کنید چون با ایجاد شعله شدید، اغلب منجر به کمبود یا عدم همجوشی می‌شود و کنترل فلز مذاب را دشوار می‌کند.
اندازه نوک و حجم شعله مورد استفاده باید کافی باشد تا فلز را کاملا ذوب و نفوذ مفصل کاملی ایجاد کند. باید مراقب بود تا از تشکیل سر چکه‌های فلز مذاب از قسمت پایین مفصل جلوگیری شود. با پیشرفت جوشکاری، شعله باید قبل از رسیدن به حوضچه، لبه‌های اتصال را به نقطه همجوشی برساند؛ حوضچه فلز مذاب هم باید موقع ایجاد جوش به طور یکنواخت در پایین اتصال پیشروی کند.
نوک داخلی ِمخروط شعله نباید در تماس با میله جوشکاری، حوضچه مذاب یا فلز پایه باشد. شعله باید طوری حرکت داده شود که شعله بیرونی (یا بخش پوشش‌دهنده) در مقابل جو از فلز مذاب محافظت کند.
قرار دادن انتهای میله جوشکاری در حوضچه و تحت محافظت شعله پوشش‌دهنده، باعث ذوب آن می‌شود. میله را نباید بالای حوضچه ذوب کرد تا درون آن چکه کند.
این نوشتار، بر نکات اصلی جوشکاری فلزات آهنی متمرکز بود که می‌تواند یک راهنمای مختصر و مفید برای دست‌اندرکاران این فن باشد؛ پس خواندن آن را به دوستان و همکاران خود توصیه کنید.