فولادهای A514/A517 یک گروه از فولادهای سازه کونچ و تمپر شده با ترکیبی از خواص مکانیکی مناسب هستند. مهمترین این خواص استحکام تسلیم بالا (حداقل استحکام تسلیم 90-100 ksi )، جوشپذیری و تافنس خوب در دماهای پایین میباشد. استفاده از این فولادهای پر استحکام باعث کاهش هزینه و افزایش راندمان میگردد. هرچند جوشپذیری این فولادها خوب است اما برای ایجاد یک اتصال موفق باید به برخی نکات مهم توجه داشت. از جمله مهمترین این نکات عملیات پسگرم میباشد. منظور از عملیات پسگرم در این نوشتار، عملیات حرارتی پس از جوشکاری در دمای بالاتر از 370ºC و کمتر از دمایی است که سازنده برای تمپر کردن این فولاد استفاده نموده است. بطور کلی این فولادها نباید تحت عملیات پسگرم قرار بگیرند چرا که ممکن است در اثر این عملیات، تافنس در ناحیه جوش و HAZ کاهش یافته و یا ترک در قطعه ایجاد شود.
عناصر آلیاژی که برای دستیابی به استحکام و تافنس بالا در این فولادها بکار رفته در اثر عملیات پسگرم تاثیر عکس بر خواص خواند داشت. عملیات پسگرم برای این فولادها-مانند سایر فولادها- تنها زمانی میتواند انجام شود که از مفید بودن آن اطمینان حاصل شده و آثار مخرب احتمالی آن قابل کنترل باشد.بهرحال در برخی موارد لزوم اجرای عملیات پسگرم غیر قابل انکار است. بخصوص در مواردی که امکان ایجاد ترک یا ترک خوردگی تنشی (SCC) در اثر تنشهای باقیمانده از جوش یا کار سرد روی قطعه وجود داشته و یا تافنس قطعه در اثر جوشکاری یا کار سرد کاهش یافته باشد. در این گونه موارد باید بررسی دقیقی صورت گیرد تا بتوان عملیات پسگرمی موفق و با کمترین احتمال آسیب اجرا کرد.
نتایج تستهای ضربه انجام شده نشان میدهد که عملیات پسگرم در محدوده دمایی 510-650ºC میتواند باعث آسیب به تافنس فلز جوش و ناحیه HAZ گردد. میزان این آسیب به ترکیب شیمیایی، دمای عملیات و مدت زمان قرار گرفتن قطعه در آن دما بستگی داشته و اثر مخرب آن با کاهش سرعت سرد کردن افزایش میابد.
همچنین هنگامی که جوش این فولادها تحت عملیات پسگرم بالاتر از 510ºC قرار میگیرد- مانند بسیاری فولادهای دیگر- ممکن است در ناحیه درشت دانه شده HAZ ترکهای بین دانه ای ایجاد شود. ترکهای بین دانه ای که در اثر تنش بالا ایجاد میشوند اغلب در مراحل اولیه عملیات پسگرم اتفاق می افتند. امکان ایجاد این ترکها با افزایش میزان مهار جوش (Weld Restraint) و شدت تمرکز تنش بالا میرود. عناصر کرم، مولیبدن و وانادیوم عوامل اصلی در ایجاد این ترکها هستند ولی عناصر کاربیدزای دیگر نیز به این قضیه کمک میکنند. رسوب کاربیدها در دمای بالا در خلال اجرای عملیات پسگرم تعادل بین مقاومت به لغزش مرزدانه ها و مقاومت به تغییر فرم را در دانه های درشت ناحیه HAZ بر هم میزند. این پدیده قبلا بطور کاملتر توضیح داده شده است (رجوع کنید به مطلب مرتبط). این ترکها به نامهای ترکهای بازگرمایشی (Reheat Crack)، ترکهای آزادکننده تنش (Stress Relife Crack) و ترکهای تنشی (Stress Rapture Crack) شناخته میشوند. برای کاهش احتمال ایجاد این ترکها در مواردی که انجام پسگرم الزامی باشد میتوان از روشهای زیر استفاده کرد:
1- رعایت دقیق میزان پیشگرم و کنترل حرارت ورودی حین جوشکاری با استفاده از تکنیکهای مناسب.
2- انتخاب طرح اتصال، محل جوشکاری و ترتیب آن بگونه ای که میزان مهار بودن جوش به حداق برسد.
3- طراحی اتصال و شکل گرده نهایی بگونه ای که حداقل تمرکز تنش ایجاد شود.
4- استفاده از فلز جوشی که استحکام آن در دمای عملیات پسگرم کمتر از استحکام ناحیه HAZ فلز پایه باشد.
5- پوشش دادن و یا لایه کشی ناحیه پنجه جوشهای گوشه توسط یک یا چند لایه جوش بصورت حلقه زنجیری. برای اینکار باید از فلز جوش با استحکام کم استفاده شود.
6- چکش زنی ناحیه جوش به منظور کاهش تنشهای پسماند در آن.
لازم به ذکر است که اجرای هیچکدام از موارد فوق به تنهایی یا بصورت ترکیبی متضمن حذف کامل احتمال ایجاد ترک در موارد عملی نمیباشد، بلکه تنها کاهش دهنده این احتمال است.
درصورت اجرای عملیات پسگرم، دمای آن نباید از دمای تمپرینگ تولید کننده فلز بالاتر باشد. پسگرم در دمایی حدود 10ºC کمتر از دمای تمپرینگ تولید کننده از کاهش استحکام فولاد جلوگیری میکند. همچنین توصیه میشود که قطعات جهت بررسی وجود ترک قبل و بعد از عملیات پسگرم تحت تستهای غیر مخرب قرار گیرند.
منبع:http://www.weld.blogfa.com/
موارد عمومی :
ابزارهای مورد استفاده در آماده سازی فولادهای زنگ نزن باید مخصوص این فولادها بوده و در مورد دیگر فلزات استفاده نشوند . آلودگی ابزار به فلزات دیگر میتواند باعث ایجاد خوردگی در فولادهای زنگ نزن گردد .
اکسید های سطحی بوجود آمده در اثر جوشکاری باید با روشهای مناسب حذف شوند . قطعات مورد استفاده برای آغاز و اتمام قوس جوشکاری باید از جنسی مشابه فلز پایه انتخاب شوند .
در صورتیکه قطعه فقط از یکطرف جوشکاری شود پاس ریشه باید از طرف مقابل تحت حفاظت گازهای محافظ قرار گرفته و پاس اول توسط TIG یا پلاسما اجرا شود .
در صورت استفاده از پشت بند دائم ، این پشت بند باید از جنس فلز پایه باشد . همچنین در صورت امکان ایجاد خوردگی شیاری نباید از پشت بند دایم استفاده شود .
در صورت استفاده از پشت بند موقت مسی باید سطح پشت بند در قسمت ریشه جوش شیاری ایجاد گردد تا احتمال نفوذ مس در جوش کاهش یابد . می توان از آبکاری کرم یا نیکل نیز استفاده کرد .
در صورت استفاده از گاز محافظ در سمت ریشه جوش باید زمان اعمال گاز بدرستی رعایت گردد تا احتمال اکسید شدن ریشه از بین برود .
تمیز کاری پس از جوش باید حتما" اجرا گردد تا مقاومت خوردگی فولادها کاهش پیدا نکند . تمیز کاری را می توان بروشهای مختلف انجام داد :
- برس زنی با برس سیمی از جنس فولاد زنگ نزن
- بلاست با ذرات شیشه یا گوی های فولاد زنگ نزن
- سنگ زنی با سنگ های تمیز و مخصوص فولاد زنگ نزن
- اسید شویی
- پرداخت الکترولیتی
جوشکاری فولادهای آ ستنیتی :
تمامی فرآیندهای قوس الکتریکی را می توان برای این نوع فولادها بکار برد . حرارت ورودی را باید تا جای ممکن پایین نگه داشت تا باعث پیچیدگی ، ترک گرم و حساس شدن فلز پایه نگردد . همچنین از پیش گرم این فولادها باید اجتناب شود .
آرایش لبه ها مانند فولادهای کربنی می باشد . در مورد ورقهای نازک می توان با ذوب کردن لبه ها بدون نیاز به فلز پرکننده جوشکاری را انجام داد .
فلز پرکننده باید بر اساس توصیه سازنده انتخاب شود . این مواد را می توان بر اساس استاندارد های EN 12073 , EN 12072 , EN 1600 انتخاب کرد .
مواد مصرفی در جوشکاری فولادهای آستنیتی معمولا" فلز جوشی شامل مقادیری فریت تولید می کنند تا احتمال ایجاد ترک گرم را کاهش دهند .
گاز محافظ در فرآیند TIG اغلب آرگون ، آرگون هیدروژن و یا آرگون هلیوم می باشد .
فولادهای آستنیتی دارای ضریب انبساط بالا و هدایت حرارتی کم هستند لذا بسیار مستعد یچیدگی هستند . بنابراین این موضوع باید کنترل شود .
عملیات حرارتی پس از جوش در اغلب موارد برای این فولادها نیازی نمی باشد . البته ممکن است جهت کاهش تنش پسماند یا افزایش خواص مطلوب عملیات حرارتی آنیل اجرا گردد . همچنین می توان جهت تنش زدایی قطعه را تا 450?C گرم کرد .
جوشکاری فولادهای فریتی :
این فولادها را نیز می توان با انواع فرآیندهای قوس الکتریکی جوشکاری نمود . این فولادها مستعد رشد دانه می باشند لذا باید حرارت ورودی کم باشد .
گاهی ممکن است پیش گرم 200 – 300?C در فولادهای نیمه فریتی با ضخامت بیشتر از 3 mm نیاز باشد . از ورود کربن و نیتروژن به درون جوش باید جلوگیری شود . مواد مصرفی آستنیتی بدلیل داکتیلیتی بیشتر نسبت به فلز پایه برای جوشکاری این فولادها ترجیح داده می شود . در صورتیکه خطر ورود سولفور از محیط به درون قطعه باشد ، لایه نهایی جوش که با محیط در تماس است باید از مواد فریتی انتخاب شود . جهت جلوگیری ازخوردگی نباید مقدار کرم فلز جوش کمتر از فلز پایه باشد .
مواد مصرفی فریتی را نیز در مواقعی که نیاز به انبساط حرارتی برابر و یا نمای ظاهری یکسان سطح باشد ، انتخاب نمود .
گاز محافظ باید با پایه آرگون باشد و بهیچ وجه نباید شامل CO 2 ، هیدروژن یا نیتروژن باشد .
در فولادهای فریتی بدلیل ضریب انبساط کم و هدایت حرارتی بالا مشکل پیچیدگی بسیار کمتر از فولادهای آستنیتی است .
آنیل قطعه پس از جوشکاری در دمای 700 – 800?C انجام می گیرد تا علاوه بر افزایش داکتیلیتی منطقه HAZ و کاهش تنشهای پسماند ، مقاومت به خوردگی بین دانه ای نیز بهبود می یابد .
جوشکاری فولادهای دوبلکس :
جوشپذیری فولادهای دوبلکس با تنظیم درصد آستنیت - فریت و افزایش نیتروژن بهبود یافته است و احتمال رشد دانه و یا ایجاد بیش از حد فریت در ناحیه HAZ کاهش یافته است .
برای جوشکاری این فولادها از تمامی فرآیندهای قوس الکتریکی میتوان استفاده کرد . در مواردیکه جوشکاری بدون فلز پر کننده اجرا می شود ناحیه اتصال باید بعد از جوشکاری آنیل شده و بسرعت تا دمای اتاق سرد شود .
به پیش گرم در این فولادها نیاز نمی باشد اما می توان حداکثر تا 100 جهت حذف رطوبت قطعه را پیش گرم کرد .
میزان حرارت ورودی در این فولادها باید در یک محدوده مشخص قرار گیرد . حرارت ورودی کم باعث سریع سرد شدن و افزایش میزان فریت و حرارت ورودی بالا باعث رسوب فازهای بین فلزی می گردد . ماکزیمم دمای بین پاسی برای فولادهای کم و متوسط آلیاژ 250?C و برای فولادهای پرآلیاژ 100 – 150?C می باشد .
جهت دسترسی به ساختار جوش مناسب باید از مواد مصرفی با نیکل بالا استفاده شود .
برای فولادهای کم و متوسط آلیاژ که در محیطهای خورنده قرار می گیرند می توان از مواد مصرفی دوبلکس با مقادیر بالای کرم ، مولیبدن و نیتروژن استفاده کرد . از هیدروژن در گازهای محافظ باید اجتناب گردد . فولادهای دوبلکس به ترک هیدروژنی حساس هستند .
فولادهای دوبلکس حاوی مقادیر بالای نیتروژن ( > 0.20% ) نسبت به تشکیل تخلخل مستعد می باشند . احتمال ایجاد تخلخل در حالت جوشکاری بالاسری بیشتر می شود . برای رفع این مشکل باید پاسها نازک بوده و از طول قوس زیاد اجتناب گردد .
عملیات پس گرمایی در این فولادها اغلب نیاز نمی باشد . در صورت نیاز به آنیکل محلولی بعد از جوشکاری این عمل باید در دمای 30 – 40?C بالاتر از دمای عملیات مشابه برای فلز پایه انجام گیرد. پس از این عملیات قطعه باید بسرعت تا دمای محیط سرد شود .
جوشکاری فولادهای مارتنزیتی :
این فولادها را اغلب بروش TIG یا MMA جوشکاری می کنند البته روشهای قوس الکتریکی دیگر را نیز در شرایط خاص می توان استفاده کرد .
در کلیه حالات می توان از مواد آستنیتی یا مواد مشابه به فلز پایه استفاده کرد . حرارت ورودی باید حد نرمال باشد . پیش گرم بسته به نوع فولاد می تواند بین 100 - 300?C اجرا گردد .
در این فولادها نیز بدلیل هدایت حرارتی بالا و ضریب انبساط پایین پیچیدگی مشکل عمده ای نمی باشد .
در صورتیکه از مواد مصرفی آستنیتی برای جوشکاری این فولادها استفاده شود احتیاجی به PWHT نمی باشد ولی در صورت استفاده از مواد مصرفی مشابه فلز پایه عملیات حرارتی طبق توصیه سازنده فلز پایه الزامی است
منبع:http://www.weld.blogfa.com/
مزایا:
- اعوجاج در این روش مخصوصاً در طول های بسیار زیاد، ناچیز است. زیرا فلزات وارد منطقه مذاب نمی شوند. در صورتی که مذاب ایجاد شود بدلیل انبساط و انقباض حین ذوب و انجماد، اعوجاج در ساختار بوجود می آید.
- چون ذوب شدن مطرح نیست، لذا جذب گاز نیز صورت نمی گیرد. بنابراین تخلخل در ساختار جوش بوجود نمی آید.
- به لحاظ عدم ایجاد ذوب، دود و آلودگی هایی که در دیگر فرآیندهای ذوبی وجود دارد، در این روش ایجاد نمی شود. این مسئله هم از نقطه نظر بهبود دید جوشکار و هم از نقطه نظر مباحث زیست محیطی بسیار حائز اهمیت است.
- پاشش مذاب در این روش وجود ندارد. در صورت وجود پاشش در فرآیندهای جوشکاری، ظاهر جوش کثیف شده و نیازمند تمیزی کازی است. خود این نکته هزینه اضافی بر فرآیند تحمیل می کند.
- تنش های پسماند بسیار کمی در این روش ایجاد می شود.
- این فرآیند در همه موقعیت ها قابل اجراست، چه خطی، چه صفحه ای، چه حجمی.
- ابزار و تجهیزات پیچیده ای نیاز ندارد.
محدودیت ها:
- سرعت جوشکاری در این روش نسبت به سایر روش های جوشکاری ذوبی پایین تر است. این امر به ضخامت قطعه هم بستگی دارد. در ضخامت های بالا می بایست از پاس جوش های بیشتری برای اتصال استفاده کرد.
- دو قطعه ای که قرار است به هم جوش داده شوند باید به نیروی زیادی در کنار هم نگه داشته شوند.
- وقتی از روی قطعه جوشکاری انجام می شود می بایست پشت بند وجود داشته باشد.
- در انتهای فرآیند یک سوراخ ایجاد می شود، البته امروزه با استفاده از برخی تکنیک های ذوبی این سوراخ پر می شود.
- از جمله معایب این روش ایجاد زائده ای روی ناحیه جوش است.
- هر چه v کمتر باشد، انتقال حرارت در قطعه بالاتر خواهد بود.
- به ازای v و ? ثابت، هر چه نیروی عمودی که به ابزار وارد می شود بیشتر باشد، حرارت بیشتری در ناحیه جوش بوجود می آید.
- فلز پایه معمولاً هیچ تأثیری از فرآیند نمی گیرد.
- این روش بیشتر برای آلومینیوم و آلیاژهای سری 2xxx و 7xxx آن کاربرد دارد.
- در این فرآیند ضخامت صفحاتی که قرار است بهم جوش داده شوند در محدوده 0.5 – 65 mm قراردارد، در این شرایط جوش بدون هیچگونه تخلخل و جاهای خالی درونی انجام می پذیرد.
- در گذشته این فرآیند بیشتر در مورد فلزات غیر آهنی بکار گرفته می شد، اما امروزه برای برخی از مواد پیشرفته نیز کاربرد دارد.
- در مورد موادی که دمای ذوب بالایی دارند، فرآیند جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی با موفقیت انجام می شود، بطور مثال؛ در فولادهای پر استحکام، فولاد زنگ نزن و تیتانیوم.
سطح مقطع منطقه جوش در این روش مطابق شکل زیر به چهار قسمت تقسیم می شود:
ناحیه A: منطقه ای که فقط گرم می شود و ریزساختار و خواص مکانیکی آن دستخوش تغییر نمی شود.
منبع:
http://www.wikipg.com
مزایای جوشکاری اصطکاکی عبارتند از :
- فلز پر کن نیاز نیست.
- فلاکس و گاز پوشش نیاز نیست.
- از نقطه نظر محیط زیست فرآیند تمیزی می باشد.
- تمیز کاری سطح پیش از شروع فرآیند نیاز نیست.
- ناحیه متاثر از حرارت در این فرآیند کوچک است.
- برای اغلب مواد و یا حتی اتصالات غیر همجنس قابل اجراست.
- این فرآیند نیاز به تخصص بالا ندارد.
- این فرآیند برای تولید انبوه به سهولت ماشینی می شود.
- سرعت انجام جوش نسبتاً بالاست.
- محیط کار و کارگاه نیاز به تجهیزات زیادی ندارد.
