0
04136674922

عیوب متداول جوش در جوشکاری زیرپودری

نویسنده: خانم سیمین حاتمی – عصر مواد


 

جوشکاری زیرپودری (Submerged Arc Welding) با نام اختصاری SAW از فرایندهای جوشکاری قوس الکتریکی است که موضع مورد اتصال توسط حرارت ناشی از قوسی که زیر پودر محافظ قرار دارد و مابین قطعه کار و الکترود برقرار شده است، تامین می گردد. در این روش از فشار استفاده نشده و موضع جوش توسط الکترود یا سیم جوش پر می شود. قوس در طول جوشکاری قابل مشاهده نیست و زیر لایه پودر محافظ پنهان است. لایه ضخیم پودر، موضع جوشکاری را به صورت کامل می پوشاند و از پاشش قطرات مذاب، جرقه ها و انتشار اشعه خطرناک مافوق بنفش نیز جلوگیری می کند.

 

 

در جوشکاری زیرپودری امکان تولید جوش های با کیفیت بالاتر و عیوب کمتر، نسبت به سایر پروسه های جوشکاری وجود دارد.  این مورد به علت امکان حفاظت عالی از حوضچه مذاب است. هرچند که مانند سایر فرایندها، ترکیبی از عوامل، می تواند منجر به عیوبی مانند حفرات، آخال های سرباره، ذوب و نفوذ ناقص، ترک و … شوند. در این نوشته از عصر مواد به بررسی برخی عیوب متداول می پردازیم، با ما همراه باشید.

 

 

حفره (Porosity)

 

عوامل اصلی که منجر به تشکیل حفرات می شوند، به شرح ذیل هستند:

  • آلودگی ها در موضع اتصال مانند: باقیمانده رنگ ها، هیدروکربن های ناشی از محصولات پایه روغنی، پوشش هایی که طی پروسه ساخت و تولید روی قطعات زده شده است.
  • آلودگی های ناشی از الکترود مانند ذرات زنگ و روغن ها که می تواند ناشی از انبارش نادرست الکترود باشد.
  • پوشش ناکافی و یا نامناسب پودر یا فلاکس روی حوضچه جوش
  • آلودگی در پودر، مخصوصاً پودرهای بازیافت شده که به خوبی سرند نشده باشند و حاوی ذرات خارجی و سرباره جوش باشند.
  • ذرات سرباره محبوس شده در حوضچه جوش
  • جدایش در ذوب
  • انتخاب اشتباه پارامترهای جوشکاری، مانند: ولتاژ بالا، سرعت بالای جوشکاری که سبب انجماد سریع می شود و مانع خروج گازها
  • وجود نم و رطوبت در پودر که سبب تشکیل حفرات گازی می شود.
  • استفاده بیش از حد از پودر
  • وزش قوس

 

 

همانند دیگر روش های جوشکاری، فلز پایه و الکترود باید تمیز و خشک باشند. سرعت بالای جوشکاری یکی از عواملی است که با افزایش پیشروی جبهه انجماد، منجر به محبوس شدن گازها و زمینه ساز تشکیل حفرات گازی می شود. سرعت جوشکاری را می توان کاهش داد و از طرف دیگر با بهینه سازی و انتخاب دقیق سایر پارامترها، هزینه های جوشکاری را جبران نمود. برخی الکترودهای پوشش دار نیز تمایل به ذوب شدن قطره ای و ایجاد ذرات ناخالصی دارند که از این الکترودها بایستی اجتناب کرد. استفاده از الکترودهایی که باقیمانده تخلخل زا ندارند توصیه می شود. الکترودهای E6010, E6011, E7015, E7016, E7018 در این دسته جای دارند.

 

آخال ها (Inclusions)

 

آخال در جوش، هر ذره جامد خارجی است که در جوش محبوس شده باشد، مانند: سرباره، پودر یا فلاکس و ذرات اکسیدی. در جوشکاری زیرپودری نیز مانند سایر فرآیندهای جوشکاری محافظت شده با فلاکس (flux-shielded)، اگر مراقبت های لازم اعمال نشود، این فرایند نیز از آخال مصون نخواهد بود. آخال ها عمدتاً در ریشه (root) اتصال و یا در لایه های بین پاسی مشاهده می شوند و عموماً نزدیک سطوح پخ ها (bevel) یا شیارها (groove faces) هستند.  تحت شرایط ذیل ریسک تشکیل آخال ها بیشتر می شود:

  • در جهات پخ ها که به فلاکس مذاب امکان می دهد، حرکت دورانی به سمت حوضچه داشته باشد و سپس در حوضچه مذاب محبوس و منجمد شود.
  • در شیارهایی که در امتداد لبه هایی هستند که قبلاً فاز مذاب رسوب کرده است، مخصوصاً اگر این مناطق محدب باشند.
  • اگر سوختگی یا بریدگی کناره جوش (under cut)، در امتداد مسیر انجماد جوش وجود داشته باشد.
  • هنگامی که ناپایداری در قوس یا وزش قوس، از صعود سرباره به سمت بالای حوضچه در حال انجماد، جلوگیری می کند.
  • استفاده از فلاکس با ویسکوزیته خیلی بالا که سبب به تاخیر انداختن انجماد حوضچه جوش می شود.
  • وجود آلودگی های سطحی در منطقه اتصال
  • جابجایی یا تغییر مکان نادرست در هد جوشکاری (head welding)، مخصوصاً در مواضع پخ ها
  • در مواردی که کاهش عمق نفوذ به علت کاهش حرارت ورودی رخ می دهد. مواردی مانند: افزایش طول موثر الکترود، افزایش فلاکس، افزایش سرعت جوشکاری و کاهش دانسیته قوس.

 

 

ذوب ناقص (Incomplete Fusion)

 

مهم ترین مواردی که سبب می شود، ذوب ناقص در سطوح قابل ذوب اتفاق بیفتد، به شرح ذیل هستند:

  • روش نادرست در آماده سازی و اتصال سطوح
  • وجود ذرات سرباره و ذرات اکسیدی در مواضع
  • ناپایداری قوس
  • سرعت های بالای جوشکاری
  • حرارت ورودی ناکافی
  • جایگاه، موقعیت و زاویه نامناسب هد جوشکاری

 

 

ترک (Crack)

 

ترک ها عموماً از خطرناک ترین عیوب جوش هستند. زیرا پتانسیل فاجعه باری از وقوع شکست را در سرویس های کاری دارند و اغلب به سختی در بازرسی های رادیوگرافی تشخیص داده می شوند. ترک ها به چند صورت طبقه بندی می شوند. از جمله دسته بندی بر اساس موقعیت ترک، مانند: ترک های فلز جوش، ترک های منطقه متاثر از حرارت یا ناحیه HAZ و ترک های فلز مبنا. خودِ این دسته بندی نیز به انواع دیگری مانند ترک گلویی، ترک ریشه، ترک چاله جوش، ترک پنجه جوش و غیره تقسیم می شود. ترک ها همچنین بر اساس راستای آن ها نسبت به محور طولی جوش به دو دسته ی ترک های طولی و ترک های عرضی دسته بندی می شوند. ترک های طولی، ترک هایی هستند که راستای گسترش آن ها موازی با محور طولی جوش است. در مقابل، ترک های عرضی هم ترک هایی هستند که راستای گسترش آن ها عمود بر محور طولی جوش است. دسته بندی دیگر بر اساس درجه حرارتی که ترک در آن اتفاق می افتد، انجام می گیرد و بر این اساس، ترک ها به دو گروه ترک سرد و ترک گرم دسته بندی می شوند. این ترک ها عمدتاً دو دلیل اصلی دارند: تحمیل کرنش و عدم امکان جبران این کرنش. در ادامه ی این نوشته، توضیحاتی در خصوص ترک های گرم و سرد تقدیم علاقمندان می شود.

 

 

ترک گرم:

ترک های گرم در درجه حرارت های بالا و اغلب در حین انجماد به وجود می آیند. از انواع ترک های گرم می توان به ترک های انجمادی، گداز و ترک های تنش زدایی اشاره کرد. این ترک ها عمدتاً مربوط به منطقه فلز جوش هستند. برخی شرایط در ارتباط با کرنش های خارجی و توانایی جبران آن ها، هندسه چند مقطعی و ترکیب شیمیایی مناطق جوش از عوامل بروز ترک های گرم هستند. از جمله موارد زیر:

  • وجود نسبت عمق به عرض زیاد، در روش های جوشکاری تک پاسی که عمق نفوذ بالایی لازم است، حساسیت به ترک وجود دارد.
  • داشتن تحدب بالا که سبب عدم توانایی در جبران کرنش تحمیلی می شود. مخصوصاً در جوشکاری های نبشی.
  • عدم پر شدن کامل حوضچه جوش و قطع شدن ناصحیح و ناگهانی قوس می تواند منجر به تشکیل ترک های چاله جوش (crater)، شود. این ترک ها ستاره ای شکل هستند و پیشروی ترک تنها به سمت لبه های حفره است. این ترک ها عمدتاً در موادی با ضریب انبساط حرارتی بالا مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی ایجاد می شوند. برای رفع این ترک ها باید قوس مجدداً از روی ترک شروع شود.
  • آلودگی های شیمیایی خصوصاً گوگرد و هیدروکربن ها که از سایر اجزا وارد می شوند.
  • افزایش دانسیته گرمای ورودی می تواند سبب تاخیر انجماد شود و یک بازه دمایی حساس به ترک ایجاد کند.

 

ترک سرد:

ترک های سرد بعد از انجماد به وجود می آیند. از عمده عوامل ایجاد ترک سرد، تردی هیدروژنی و ترک خوردن به علت خوردگی تنشی است. این ترک ها در هر سه منطقه فلز پایه، فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت دیده می شوند. حضور سه فاکتور هیدروژن در محلول جامد، ساختار با داکتیلیته پایین مانند ساختار مارتنزیتی و تنش های باقیمانده یا خارجی، از عوامل بروز این گروه ترک ها هستند. این ترک ها در بازرسی های چشمی قابل شناسایی نیستند و حتی تشخیص آن ها با تست های اولتراسونیک و رادیوگرافی نیز مشکل است.

ترک های سرد بعد از خاتمه جوشکاری و از داخل دانه ها شروع به رشد می کنند.

 

راه های کنترل ترک سرد:

  • کاهش سختی و استحکام فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت، با استفاده از الکترودهایی با استحکام کمتر
  • حذف تنش های پسماند به عنوان نیرو محرکه تشکیل ترک های هیدروژنی با عملیات حرارتی پسگرم و پیشگرم
  • استفاده از پودرهای قلیایی کم هیدروژن
  • کنترل کربن معادل فولادها. فولاد با کربن معادل کمتر از ۴۲ درصد برای جوشکاری بدون ترک هیدروژنی، مناسب است. اگر کربن معادل بیشتر از ۰٫۵ درصد باشد، فولاد مناسب جوشکاری نیست.

 

منابع :

۱- هندبوک AWS جلدهای ۱ و ۲

۲- آشنایی با عیوب جوش- شرکت سازه کیفیت پایدار

ارسال دیدگاه