جوشکاری و بازرسی های مخرب وغیر مخرب

  ۱-آشنایی باعیوب جوش

1.under cut                     1.  زیربرش یا خوردگی کناره ها

2.Over Lap                     2.  سر رفتن

3.Black Point                 3.  چاله سیاه

4.spatter                         4.  پاشش مذاب

5.Arcstrics                     5.  لکه قوس

6.LoF                             6.  عدم نفوذ کافی

7.LOP                            7.  عدم ذوب کافی

8.Prosity                         8.  تخلخل

9.crack                           9.  ترک

10.slag inclusion            10.  سرباده حبس شده

11.concavity                  11.  تقعر در گرده جوش

12.convexity                  12.  تحدب دو گرده جوش

ذرات سرباره محبوس شده Slag inclusion

هر نوع ذرات غیر فلزی محبوس شده در فلز جوش را اصطلاحا (ذرات سرباره محبوس شده) آخال Inclusion می نامند. منبع این ذرات لزوما از پوشش الکترود با سرباره نیست بلکه محصول واکنش های مختلف سرباره- گاز- فلز نیز می تواند باشد. شکل این ذرات در فلز جوش شبیه شکل آنها در قطعات ریختگی بصورت گروی می باشد و دارای ابعاد مختلف هستند و مقدار کم این ذرات تاثیر چندانی بر روی خواص مکانیکی ندارد اما در مقدار زیاد و به ویژه ابعاد بزرگ و احیانا کشیده شده (طویل) بر روی خواص مکانیکی بویژه مقاومت ضربه ای تاثیر سوء دارد.

ذرات سرباره یا محصول واکنش های عناصر اکسیژن زدا یا اکسیژن (یا اکسیدهای ناپایدار) در مذاب می تواند به صورت مایع و یا جامد و بطور هموژن در فلز جوش توزیع شده باشد.

 گاه ذرات سرباره محبوس شده به شکل کروی و هموژن در مقطع فلز جوش دیده نمی شوند که علل مختلفی باعث ایجاد آنها خواهند بود که اهم آنها  عبارتند از:

الف-ریخته شدن پوسته شکسته شده الکترود به مذاب

ب-استفاده از الکتودی که قسمتی از آن بدون روپوش است

ج-ورود هوا در اثر سهل انگاری جوشکار در حرکات نامناسب الکترود یا مشعل

د-عدم دقت در تمیز کردن سرباره در انتهای پاس جوش در تعویض هر الکترود

ه-عدم توجه به تمیز کردن سرباره در گوشه ها و زوایای جوش رسوب داده شده پاس قبلی بویژه در لبه های پخ سازی شده جناقی با زاویه کوچک.

خطرات ذرات سرباره در حالت دوم بمراتب بیشتر از حالت ریز و هموژن است.

هر چند این ذرات غالبا از اکسیدهای مختلف تشکیل شده اند ولی می توانند ذرات سولفور، اکسی سولفور و ترکیبات دیگر نیز باشد.

مقدار ذرات سرباره محبوس شده در حالت غیریکنواخت که بیشتر در اثر عدم رعایت نکات تکنیکی بوجود آمده اند. راحتتر قابل کاهش و کنترل است. برای تقلیل ذرات سرباره محبوس شده کروی و توزیع شده در سرتاسر جوش مطالعات و تحقیقات بسیاری شده است که این پژوهش ها نشان می دهد، شکل و چگالی و نوع ترکیب ذرات، ترکیب و درجه حرارت و ویسکوزیته مذاب، میزان بهم خوردن و تلاتم محیط ذوب و همچنین میزان چسبندگی این ذرات به لایه سرباره عوامل تعیین کننده و موثر در کنترل و کاهش ذرات محبوس شده نهایی هستند. به عنوان مثال ذرات درشت تر سریع تر از ذرات ریز به سطح مذاب شناور می شوند. یا ذرات در مذاب گرم تر با ویسکوزیته پایین تر نسبت به مذاب  سرد و ویسکوزیته بالاتر سریعتر بهمدیگر متصل شده و بطرف بالا حرکت کنند. در عوض مذاب گرم امکان حل شدن بیشتر ذرات و ناخالصی ها در آن را فراهم می سازد. بهم زدن و تلاتم زیاد و سرعت سرد شدن سریع مذاب احتمال محبوس شدن ذرات شناور در مذاب لابلای کریستالهای جامد را افزایش می دهد.

زیر برش یا سوختگی و یا بریدگی کناره جوش under cut

در اثنای اتصالات با روشهای ذوبی بویژه با قوس الکتریکی فلز اصلی در سرتاسر دیواره شکاف در مسیر اتصال ذوب شده و یک زبانه ای را بوجود می آورد (TOP) که با ذوب شدن الکترود یا فلز پرکننده و انتقال قطرات مذاب از آن به طرف حوضچه جوش زبانه و شکاف مذکور پر می شود و حتی برای بالا بردن استحکام اغلب سطح فلز رسوب داده شده کمی بالاتر از سطح قطعه کارمی باشد. تعدادی از فاکتورها مانع از پرشدن کامل گوشه ها و لبه های این شکاف می شود که به صورت مقطع یا پیوسته با عمق کم یا زیاد در سرتاسر مسیر اتصال مشاهده می شود.

در بسیاری موارد بنظر می رسد که این حجم کوچک باقی مانده و پرنشده در کناره جوش نمی تواند اهمیت چندانی داشته باشد اما باید توجه داشت که چون اغلب بصورت شکاف تیز گوشه ای است. هنگامی که موضع اتصال تحت تنش قرار گیرد این شکاف موجب تمرکز تنش و تشدید آن شده و منجر به شروع شکست یا گسیختگی اتصال از آن محل می شود این موضوع به ویژه در اتصالاتی که در شرایط خستگی یا تنش های سکلی قرار می گیرد بسیار حساس و مهم هستند و باید حتما با ذوب و رسوب مقدار اضافی فلز شکاف پر و برطرف شود.

(unde rcut) بریدگی کناره جوش

 عواملی که موجب ایجاد under cut می شود:

1.سرعت زیاد

هنگامی که سرعت جوشکاری بالا باشد. مغزی الکترود که وظیفه سوراخ کردن یا کندن فلز (توسط پاشش ذرات الکترون از الکترود به قطعه) را دارا می باشد. وظیفه اش را با سرعت بالا انجام می دهد ولی از آن طرف موادی مذابی که می خواهد این کانالی که قبلا کنده شده کند نمی تواند وظیفه اش را به طور کامل انجام دهد و در نتیجه این کانال کناره هایش خالی می ماند و موجب به وجود آمدن عیب بریدگی کناره جوش می شود.

به طور مثال

فرض کنید ما 10 عدد کارگر ماهر و با سرعت بالا برای کنندن کانالی را به کار گرفته ایم و پشت سر آنها 10 کارگر بدون مهارت و با سرعت پایین را برای پرکردن این کانال به کار گرفته ایم. افرادی که وظیفه که وظیفه کندن را به عهده دارند کارشان را سریع انجام می دهند ولی کارگرانی که وظیفه پرکردن کانال را برعهده دارند نمی توانند کانال را به طور کامل پرکنند زیرا باید از افراد اولی عقب نیفتند، در نتیجه کناره های کانال پر نمی شود.

2.طول قوس بلند

هنگامی که فاصله الکترود از قطعه کار زیاد باشد عمل کندن فلز توسط الکترون ها انجام می شود ولی به دلیل طول قوس (قطرات مذابی) که باید این سوراخی که بوجود آمده را پر کنند به دلیل حرارت زیاد طول قوس (حدود 5000 درجه سانتی گراد) نمی توانند این دما را تحمل کنند و در طول را منفجر می شوند، به همین دلیل به طور کامل نمی تواند کانالی که توسط الکترونها الکترود کنده شده پرنماید و کناره های این کانال باقی می ماند.

2.نوسان نادرست الکترود

هنگامی که حرکت دست به سمت کناره حوضچه جوش زیاد باشد عمل کندن فلز توسط الکترون ها در کناره های زیاد می شود و از طرف دیگر ذرات مذابی که وظیفه پرکردن این کانال را دارند نمی توانند به طور کامل این کانال را پرکنند و در نتیجه کناره های آن خالی می ماند و باعث به وجود آمدن بریدگی کناره جوش می شود.

3.آمپربالا

هنگامی که آمپر دستگاه بالا باشد تعداد الکترونهایی که از الکترود به فلز برخورد می کند و آن را سوراخ می کند بیشتر می شود و از سمت دیگر ذرات مذابی که باید این سوراخ که ایجاد شده است را پرکنند وظیفه خود را نمی توانند به طور کامل انجام دهند و کناره های این کانال خالی می ماند و عیب زیر برش به وجود می آید.

به طور مثال : ما فرض کنیم تعداد 10 نفر کارگر برای حفر کردن کانالی به کار زده ایم و تعداد 7 نفر کارگر برای پرکردن این کانال به کار برده ایم در نتیجه این 7 عدد کارگر نمی توانند به طور کامل کانال را پرکنند. و کناره های کانال خالی می ماند . همچنین در مثالهایی که زده شده افراد گروه دوم نباید از گروه اول عقب بمانند و باید پشت سر آنها کارشان را انجام بدهند.

2.سررفتن (Over Lap)

سررفتن یا جاری شدن فلز جوش مذاب از دهانه اتصال در قسمت فوقانی و تحتانی شکاف جوش) عیبی بوجود می آید که ظاهر جوش را بد و احیانا هزینه بر روی جوش را افزایش  می دهد، این عیب غالبا در اثر حرارت زیاد (شدت جریان بسیار کم و یا سرعت بسیار کم) بوجود می آید سررفتن در روش جوشکاری با الکترود دستی و در وضعیت قائم بیشتر اتفاق می افتد و معمولا در اثر زاویه اشتباه الکترود با کار می باشد.

2.سررفتن Overlap

1.انحراف قوس

یکی از عوامل ایجاد عیب سررفتن انحراف قوس می باشد. هنگامی که قوس به هر سمتی منحرف شود در نتیجه قطرات مذاب آن قسمت را مورد پوشش خود قرار می دهند و در نتیجه این عمل کناره های حوضچه مذاب توسط قطرات مذاب پر می شود و عیب سررفتن را به وجود می آورد.

2.الکترود با قطر زیاد

هنگامی که قطر الکترود زیاد باشد قطرات مذابی که وظیفه پر کردن حوضچه را دارند افزایش می یابند و از طرف دیگر کانالی که توسط برخورد الکترونها از الکترود به وجود آمده تا حد مشخصی ظرفیت قرار گرفتن قطرات مذاب را دارد، ولی قطرات مذاب بیشتر از این حد می باشد و در نتیجه باعث سررفتن حوضچه جوش می شود.

ما برای حفر کانالی 10 کارگر به کار گرفته ایم و این کانال باید سریعا از پشت سر پر شود و برای این کار کارگر بیشتری از تعداد اولی در نظر گرفته ایم در نتیجه افراد گروه دوم مقدار خاک بیشتر از اندازه لازم داخل کانال می ریزند که این مقدار خاک اضافی به دلیل شیب به وجود آمده که (همان شیب سرعت سرد شده و سیایت مذاب در جوشکاری می باشد) به کناره ها منتقل می شود.

طبق محله بالا هر چه شیب سرعت سرد شدن کمتر باشد و سیالیت فلز بیشتر باشد فلز مذاب اضافی بیشتر به کناره ها منتقل می شود که در عکس این عمل ذکر شده (شیب سرعت سرد شدن بیشتر و سیالیت کمتر مذاب، فلز مذاب اضافی کمتر به کناره ها منتقل می شود و باعث به وجود آمدن عیبی به نام تحدب می شود.)

3.سرعت کم در جوشکاری

هنگامی که سرعت جوشکاری پایین باشد الکترونهایی که از الکتود به قطعه برخورد می کنند و باعث سوراخ شدن فلز می شوند در حد معمولی و همیشگی خود این کار را انجام می دهند ولی از طرف دیگر قطرات مذابی که از الکترود برای پرکردن سوراخ می آیند بیشتر از حد معمول می باشد و این قطرات اضافی از روی حوضچه به کناره ها منتقل می شوند. البته بسته به (شیب سرعت سرد شدن و سیالیت فلز) این کار انجام می شود اگر هر چه سرعت سرد شدن کمتر باشد و سیالیت مذاب بیشتر باشد فلز مذاب اضافی بیشتر به کناره ها حرکت می کند ولی بالعکس هر چقدر سرعت سرد شدن بیشتر باشد و سیالیت مذاب کمتر باشد به همان نسبت فلز مذاب اضافی کمتر از روی گرده به کناره ها منتقل می شود و باعث به وجود آمدن عیب تحدب در گرده جوش می شود.

4.زاویه نادرست الکترود

هنگامی که الکترود به هر سمت متمایل باشد ذرات مذابی که از الکترود به سمت فلز می آیند همان قسمت را مورد پوشش خود قرار می دهند هنگامی که الکترود به سمت کناره های حوضچه متمایل باشد این قسمت ها مورد پوشش قطرات مذاب قرار می گیرند و عمل سررفتن به وجود میآید که این عمل بیشتر در جوش قوس دستی در وضعیت قائم از همه بیشتر اتفاق می افتد.

3.چاله سیاه (Black point)

عیبی در جوشکاری وجود دارد که در انتهای جوش در آخرین حوضچه بوجود می آید و بصورت سوراخی در انتهای جوش به وجود میآید.

علت این عیب آن است که وقتی جوشکار در انتهای جوشکاری انبر را به بالا می آورد الکترونهایی که از الکترود به سمت حوضچه جوش حرکت می کنند در هنگام بالا بردن الکترود تا فاصله مشخص این حرکت توسط الکترون ها ادامه دارد و با برخورد به سطح قطعه سوراخی پدید می آید ولی به علت طول قوس بالا این قسمت پوشش نمی شود و در نتیجه این سوراخ توخالی باقی می ماند.

راه پیشگیری از این عیب

 برای اینکه این عیب در جوش به وجود نیاید جوشکار باید هنگامی که به پایان جوشکاری می رسد مقداری به عقب بر می گردد و در هنگامی که می خواهد انبر در را از روی حوضچه جوش بردارد باید زاویه انبردا با قطعه بسیار کم کند تا حرکت الکترونها از پا از الکترود به سمت حوضچه جوش می آید به صورت عمود است از بین برود و در نتیجه این عیب بوجود نیاید.

ترشح یا جرقه Spatter

قطرات ریز فلز را که از منطقه جوش اثنای اتصالات ذوبی به اطراف پرتاب می شوند جرقه یا ترشح می گویند. این قطرات ممکن است از حوضچه جوش یا بیشتر از الکترود و مفتول پرکننده ناشی شده باشد. هنگامی که دانه های کروی و بزرگ از قطرات مذاب از الکترود به طرف حوضچه جوش منتقل می شود و ایجاد پل در فاصله قوس می کند. مداری بسته Short circuit بوجود می آید که عبور شدت جریان از آن باعث گداخته شدن فوق العاده این پل می گردد که با انفجار آن بارانی از جرقه های گداخته به اطراف حاصل می شود.

وقوع جرقه بوسیله تعدادی واکنش در فرآیندهای گوناگون افزایش می یابد. مقدار گاز اضافی ایجاد شده در اثر سریع سرد شدن مذاب واکنش بین عناصر معین در فلز مذاب به عنوان مثال گوگرد با بعضی گازهای اتمسفر در منطقه حوضچه جوش، نمونه هایی از این نوع واکنش های جرقه زا می باشند. جرقه های درشت در فرآیند جوشکاری با الکترود دستی در اثر طول قوس اضافی و جرقه های ریز ناشی از شدت جریان اضافی ایجاد می شود.

جرقه ها اغلب در حین پرواز در اتمسفر اکسید شده و بر روی سطح فقط ایجاد لکه هایی می کنند. اغلب جرقه های چسبیده شده بر روی سطح در فواصل دور آسان تر با برس سیمی یا وسایل مشابه تمیز می شوند اما جرقه های چسبیده شده در نزدیکی مسیر اتصال براحتی تمیز نمی شوندو ظاهر جوش را بد منظر می کند. از طرف دیگر لکه های باقیمانده بر روی سطح می توانند شبیه لکه های قوس موجب عوارضی شوند.

علاوه بر نکات بالا جرقه و ترشح یکی از مشکلاتی است که غالبا جوشکارها را با سوزاندن پوست و یا لباس آزرده و ناراحت می کند و حتی الامکان باید از ایجاد آن جلوگیری کرد. غالبا با تنظیم پارامترهای جوشکرای (آمپر، قطب و ولتاژ) یا تعویض الکترود می توان این مشکل را کاهش داد.

4.پاشش جرقه های مذاب (Spatter)

1.طول قوس بلند

هنگامی که فاصله الکترود با قطعه کار زیاد باشد ذرات مذابی که از سمت الکترود به طرف فلز می آیند. دمایی در حدود (دمای فلز تقریبا 1500 درجه سانتیگراد)، باید دمای قوس که حدود 5000 درجه سانتیگراد می باشد را متحمل شوند، وقتی طول قوس زیاد باشد قطره مذاب باید در مسافت بیشتر دمای قوس را متحمل شود ولی نمی تواند در مسیر منفجر می شود و به روی قطعه پاشیده می شود که در نتیجه این عیب به وجود می آید.

سئوال 2.شدت جریان زیاد

هنگامی که شدت جریان زیاد باشد دمای طول قوس افزایش می یابد (حدود 5000 درجه سانتیگراد) و در نتیجه قطرات مذاب نمی توانند این دما را تحمل کنند و منفجر می شوند و به روی قطعه پاشیده می شوند.

3.پوشش آسیب دیده

هنگامی که روپوش الکترود ما آسیب دیده باشد الکترود به طور کامل نمی تواند عمل پوشش از منطقه مذاب را انجام دهد و به همین خاطر در همان قسمتی که الکترود کار پوشش را به درستی انجام نمی دهد قوس تعادل خود را از دست می دهد و باعث پاشش مذاب به قسمتهای مختلف قطعه می شود.

4.انحراف قوس

در زمانی که قوس دچار انحراف می شود تعادل در جوشکاری از بین می رود و قوس ناپایدار می شود و به همین دلیل باعث می شود پاشش مذاب بیشتر شود.

5.لکه قوس Arc stricks

معمولا جوشکارهای بی دقت برای شروع قوس با الکترود دستی ابتدا الکترود را بر روی سطح کار در یک یا چند نقطه به طور لحظه ای میمالند تا بدین ترتیب قوس های موقتی ایجاد شده و با گرم شدن نوک الکترود  روشن کردن قوس در محل شروع عملیات جوشکاری تسهیل یابد. نقاط تماس لحظه ای الکترود با سطح کار بصورت لکه هایی مشاهده می شود که در حقیقت لایه نازکی از سطح کار می باشد که در اثر ایجاد قوس موقت ذوب و سپس سریع سرد شده است. سطح مقطع این لکه ها در زیر میکروسکوپ ساختار مارتنزیتی بسیار ترد و شکننده ای را نشان می دهد که اغلب دارای ترکهای ریزی نیز می باشد.

علاوه بر این چون زمان قوس موقت بسیار کوتاه است فرصت ذوب پوشش الکترود و ایجاد لایه محافظ سرباره یا گاز نمی باشد بالنتیجه این لایه نازک ذوب شده در سطح کار در تماس با اکسیژن و ازت از اتمسفر قرار می گیرد و عدم ورود بعضی ترکیبات آلیاژی یا اکسیژن زدا از پوشش الکترود به منطقه خلل و فرج و ذرات اکسیدی زیادی در این لایه بوجود می آید.

این عوامل سبب می شود که اگر احیانا قطعه کار به طریقی تحت تنش قرار گیرد که لکه های نامبرده در مواضع حساس قرار گیرند می توانند حتی در فواصل دور از محل اتصال نیز نقاط تمرکز تنش شده و منجر به ترک برداشتن یا گسیختگی قطه کار شوند.

بنابراین جوشکار باید توجه کند که تا اولا تماسهای لحظه ای لازم برای شروع قوس ابتدایی را در هر الکترود بر روی قطعه ای قراضه که در مجاوز اتصال قرار داده انجام دهد ثانیا اگر غفلتا بر روی کار این عمل انجام گرفت آنرا با سنگ زدن تمیز کرده و یا با جوش کامل و سالم روی آنرا بپوشاند، ثالثا سعی کند این لکه قوس ها را در مسیر مورد اتصال ایجاد کند تا بعد از رسیدن قوس بر روی آن این آثار محو شود.

ذوب و عمق نفوذ ناقص Inadequate joint penetration incomplete fusion

 

 

 

الف)عمق نفوذ اتصال Joint penetration فاصله سطح ورق تا ته حوضچه یا مرز تحتانی است که ذوب انجام گرفت.

ب)عمق نفوذ ریشه اتصال Root penetration: در جوشهای یخ سازی شده یا شکاف دار فاصله ریشه شکاف تا ته حوضچه جوش یا مرز تحتانی حوضچه جوش را عمق نفوذ ریشه اتصال گویند.

ج)عمق ذوب Dept of fusion فاصله سطح کار یا سطح شکاف تا مرز جامد و مایع در حوضچه جوش و یا میزان وسعت پیشرفت ذوب در دیواره هاست.

با توضیح بالا می توان فهمید که اتصال با ذوب ناقص یا عمق نفوذ اتصال ناقص یعنی چه؟

 

 

 

عمق نفوذ اتصال متاثر از چندین فاکتور است که مهمترین آنها حرارت داده شده Heat input به موضع جوش است. به عنوان مثال افزایش شدت جریان الکتریکی باعث عمیق تر شدن عمق نفوذ اتصال می شود فاکتورهای دیگر که قابل اندازه گیری و کنترل می باشند عبارتند از: سرعت پیشرفت جوشکاری، قطب الکترود، نوع پوشش الکترود ، نوع گاز محافظ، طرح اتصال و زاویه الکترود با سطح کار گاهی اوقات وضعیت سطح لبه مورد اتصال نظیر پوسته اکسیدی ضخیم می تواند سبب عمق ذوب و نفوذ ناقص شود. لازم به تذکر است که این عیب به شکلهای مختلف: عدم نفوذ ریشه اتصال عدم ذوب ناقص در دیوارها ها و در جوش های چند پاسی ذوب ناقص بین پاس در موضع اتصال دیده می شود.

5.لکه قوس Arcstrics

توضیح کتاب دکتر کوکبی

6.دلایل بوجود آمدن عیب(عدم نفوذ ناقص Lack of fusion)

1.سرعت بالای جوشکاری

هنگامی که سرعت جوشکاری بالا باشد الکترودنهایی که از الکترود به فلز برخورد می کنند و موجب سوراخ کردن فلز می شوند کار خود را سریعتر انجام می دهندو ولی از سوی دیگر قطرات مذابی که می خواهند این کانال حفر شده را پر کنند نمی توانند وظیفه خود را به طور کامل انجام دهند و در حوضچه جوش در بعضی قسمتها مورد پوشش قطرات مذاب قرار نمی گیرند و در نتیجه آن قسمت ها خالی می ماند و باعث بوجود آمدن عیب عدم ذوب کافی می شود.

بطور مثال :

فرض کنید 10 کارگر برای حفر کردن کانالی به کار برده ایم که این کارگران ماهر و سریع هستند و چند کارگر دیگر برای پر کردن آن بکار گرفته افراد گروه دوم نباید از گروه اول عقب بیفتند و باید سریعا این کانال را پر کنند ولی به علت اینکه کارگران گروه دوم سریع نیستند بعضی از قسمتهای کانال را پر نمی کنند و به ناچار خالی می ماند.

2.شدت جریان کم:

هنگامی که آمپراژ جوشکاری پایین باشد حرارت در قطعه کمتر می باشد و در نتیجه عمل ذوب به طور کامل انجام نمی شود از طرف دیگر هنگامی که آمپراژ در جوشکاری کم باشد الکترونهایی که از سمت الکترود به قطعه وارد می شود کمتر می باشد و در قطعه پایه عمل کندن توسط الکترون ها به طور کامل انجام نمی شوند و از این رو باعث به وجود آمدن عیب (ذوب ناکافی) می شود.

3.انحراف قوس

هنگامی که قوس ما منحرف می شود تعادل قوس به هم می خورد و وقتی قوس به هر طرف منحرف شود طرف دیگر زیر بمباران الکترون قرار نمی گیرند و در نتیجه ذوب نمی شود به همین ترتیب ذوب در جوشکاری به طور کامل انجام نمی شود.

4.زاویه الکترود به سطح کار

هر گاه زاویه الکترود ما به سمت قطعه ای تمایل بیشتری داشته باشد عمل ذوب در آن قطعه بیشتر انجام می شود و در قطعه دیگر ما برعکس به همین منظور در هنگام جوشکاری به زاویه الکترود باید توجه کامل شود تا عمل ذوب به طور مساوی بین دو قطعه مورد اتصال انجام شود.

5.قطب الکترود

در زمانی که فقط به یک طرف قطعه دسترسی داریم باید قطبی را در جوشکاری انتخاب کنیم تا عمل ذوب ما کامل انجام شود. بیشترین نفوذ در جوشکاری در روش DC با قطب مستقیم می باشد (الکترود منفی دو قطعه کار مثبت)

7.عدم نفوذ کافی (LOP) Lack of penetrant

عواملی که باعث به وجود آمدن این عیب می شود در زیر به اختصار توضیح داده می شود.

1.شدت جریان پایین

هنگامی که آمپراژ مورد جوشکاری پایین باشد ذوب به طور کامل انجام نمی شود و باعث بوجود آمدن این عیب می شود.

2.سرعت بالا

زمانی که سرعت دست جوشکار بالا باشد به دلیل حرات کمی که به قطعه وارد می شود و همچنین سرعت سرد شدن بالا (به دلیل  سرعت بالا جوشکاری) حوضچه مذاب فرصت نمی کند به طور کامل نفوذ کند.

3.قطر زیاد الکترود

زمانی که قطر الکترود ما بیش از حد باشد ذرات مذاب جدا شده از الکترود نمی تواند به طور کامل نفوذ کند (به دلی آنکه علت قطر بالای الکترود و اینکه الکترود نمی تواند به اندازه کافی داخل قطعه وارد شود و همچنین قطرات مذاب باید مسافت بیشتری را در قطعه طی کند تا عمق اتصالات را کامل پر کنند ولی به دلیل سرعت سرد شدن بالا و سیالیت کم فلز) نمی تواند عمق نفوذ را کامل کند.

4.طرح اتصال

در این قسمت ما باید یا اصطلاحاتی آشنا شویم.

در قطعاتی که پخ سازی شده اند.

1.زاویه بین دو پخ وارد شده بر دو قطعه که به نام
(Bevel include) شناخته می شود.

2.زاویه بین پخ یکی از قطعات و خط عمود خود همان قطعه را (Bevel angle) می نامند.

3.فاصله بین انتهای پخ و قسمت تحتانی قطعه را (Root face

4.فاصله بین دو قطعه البته از پشت قطعه را (Root opening) می نامند.

 در جه مواقعی عدم نفوذ کافی در قطعه رخ می دهد با توجه به

4.طرح اتصال

1.هنگامی که (Root opening)  کمتراز حد لازم باشد. (Root opening) که به طور معمول استفاده می شود 5/2 تا 4 میلیمتر می باشد.

2.هنگامی که (Root face) بیشتر از حد مورد لزوم باشد باعث به وجود آمدن این عیب می شود (Root face) نباید کمتر از 2 میلیمتر باشد.

3.(Bevel include) و (Bevel Angle) کم باعث بوجود آمدن این عیب می شود و همچنین باعث جنس ذرات مذاب داخل جوش می شود.

5.زاویه الکترود

به طور کل هر چقدر زاویه الکترود با سطح کار کمتر باشد نفوذ کمتر انجام می شود و برعکس و همچنین هنگامی که دو قطعه را به هم جوش دهیم زاویه الکترود نسبت به هر قطعه بیشتر باشد عمل جوش پذیری در آن قطعه بیشتر می شود.

6.قطب الکترود

بیشترین نفوذ ما در جوشکاری در روش DC با قطب مستقیم می باشد (الکترود منفی و قطعه کار مثبت)

7.طول قوس بلند

هنگامی که طول قوس ما بلند باشد حرارت بیشتری تلف می شود و در نتیجه این عمل نفوذ در قطعه کاهش می یابد.

8.تخلخل یا مک Porosity

خلل و فرج یا حفره ها در جوش چندین نوع بوده و هر یک می تواند به دلایل مختلف بوجود آید.

1.خلل و فرجی که در چند سانتی متری اولیه شروع جوشکاری با استفاده بعضی از الکترودها مشاهده می شود. این عیب در اثر فقدان اکسیژن زدایی کافی در ابتدای جوش است همانطور که قبلا اشاره شد در پوشش الکترود ها معمولا مقداری مواد اکسیژن زدا نظیر فرو سیلیسیم وجود دارد. در فولادهای آلیاژی با استحکام بالا درصد سیلیسیم در جوش معمولا از میزان معینی نباید بیشتر شود (حدود 35/0%) چون اثر معکوس بر روی درجه حرارت انتقال نرمی به تردی (Transition temperature) در استحکام ضربه ای می گذارد بدینجهت در الکترودهای مصرفی در اینچنین فولادها نظیر سری های E100 و E110 و. E120 از نظر حضور فروسیلیسیم و گاه بعضی از عناصر اکسیژن زدای دیگر محدودیتی وجود دارد. اما با پیشرفت عملیات جوشکاری و حضور بیشتر و فعال تر سرباره حاصل از پوشش الکترود طبیعتا حضور اتمسفر هوا در منطقه حوضچه جوش کاهش یافته و این عیب به وقوع نمی پیوندد.

در اینمورد برای پرهیز وقوع این نوع خلل و فرج تدابیر مختلفی پیش بینی شده است که در مورد آنها مختصرا در زیر توضیح داده می شود.

الف:شروع عملیات جوشکاری بر روی قراضه فولادی که قبلا در ابتدای مسیر عملیات جوش الصاق شده است انجام شود و پس از خاتمه جوش از قطعه کار جدا می شود واضح است که این تدبیر در بعضی موارد ممکن است اقتصادی نباشد.

ب:تکنیک یک گام عقب Back-step: نقطه شروع کمی عقب تر از محل شروع واقعی است پس از آغاز جوشکاری الکترود به ابتدای مسیر اتصال هدایت شده و عملیات جوشکاری ادامه می یابد. بدین ترتیب اگر خلل و فرج نیز ایجاد شده باشد با برگشت قوس و ذوب مجدد آن به احتمال زیاد بر طرف می شود.

2.خلل و فرج در دامنه انجماد:این نوع حفره ها ممکن است در سرتاسر جوش مشاهده شود و خود دارای دو نوع شکل است خلل و فرج های کروی شکل که به صورت متمرکز یا پراکنده در زیر جوش یا حتی روی جوش دیده می شود. نوع دیگر که به سوراخ های «کرمی»  شکل Worm-holes یا مک هوا Blow holes مرسوم است.

 

 

 

 

بعضی گازها در مذاب دارای حلالیت بوده که در درجه حرارتهای بالا مقدار این حلالیت افزایش می یابد. نمونه ای از این چنین گازها هیدروژن می باشد که حاصل تجزیه رطوبت وارد شده به مذاب فلز جوش است. در ضمن سرد شدن مذاب پس از اینکه حجم هیدروژن در مذاب از حد اشباع گذشت، مقدار اضافی بصورت حبابهایی شروع به جوانه زدن، رشد، شناور شدن و در صورت امکان خارج شدن از مذاب می نماید. احتمال واکنش هیدروژن اضافه بر حد اشباع با C,O و S و تولید گازهای ملکولی دیگر نظیر H₂O، SO₂ و CH₄ و ... نیز وجود دارد که در این حال محصول واکنش بصورت حبابهایی از مذاب بیرون رفته و یا محبوس می گردد.

ازت جذب شده از هوا نیز تا حدودی رفتاری مشابه داشته و می تواند عامل تخلخل باشد. علاوه بر آن ازت می تواند تولید ترکیب های تیرید کند که اغلب تاثیر سو بر روی خواص مکانیکی جوش دارد.

عامل دیگر حبابهای گاز CO می باشد. در فلز جوش فولادهای کربنی (بویژه با کربن بالا) معمولا اکسیژن حل شده ممکن است وجود داشته باشد. در دامنه انجماد، مذاب، محصور در جامد به دلیل جدایش از کربن غنی شده و احتمال واکنش زیر بیشتر می شود.

C+O= CO

در مواردی که مواد اکسیژن زدا نظیر Si Mn و غیره به اندازه کافی وجود نداشته باشد. واکنش فوق تسریع می شود واکنشی مشابه در مورد گوگرد نیز می تواند اتفاق افتد که حاصل آن حبابهای گاز SO₂ و یا SH₂ می باشد. بعضی ترکیبات فرار آلی یا غیرآلی موجود در مواد معدنی پوشش الکترود و پودر جوش و یا آلودگی ها (نظیر چربی، رنگ و غیره) در روی سطح مسیر اتصال همچنین تجزیه ترکیباتی نظیر کربنات ها در ترکیب مواد در درجه حرارت بالا، عوامل دیگر در ایجاد گاز در حوضچه جوش و بالاخره خلل و فرج می باشند.

با توجه به نکات بالا و نحوه توزیع حرارت در حوضچه جوش (درجه حرارت بالا در زیر قوس یا شعله و درجه حرارت پایین با شیب زیاد در انتها و دیواره حوضچه جوش) و رشد کریستالهای ستونی جامد از دیواره ها بطرف وسط و سطح حوضجه جوش، می توان پیش بینی کرد که در سطح انجماد گازها به حالت اشباع در آمده و مقدار اضافی از این حد به صورت حبابهائی در روی دانه های جامد جوانه زده و رشد می کنند. در صورت شرایط مناسب فاصله انجماد زیاد و ویسکوزیته پایین مذاب و زمان کافی حبابها می توانند به سطح مذاب آمده و خارج شوند. در مواردیکه شرایط مناسب نباشد حبابها به حالت شناور یا در حین تکامل در لابلای دانه های جامد در حال رشد حبس شده و به صورت خلل و فرج یا سوراخهای کرمی شکل در فلز جوش باقی می مانند. همانطور که مشاهده می شود حباب گاز در بین ستونهای کریستالهای جامد چندین دفعه تلاش می کند تا بصورت کروی جدا و به سطح مذاب شناور شود که ادامه رشد کریستالهای جامد دیگر آنرا محبوس کرده و در آخر شکلی شبیه کرم بخود می گیرد. این سوراخها ممکن است به طور چندین میلیمتر و حتی تا سطح جوش نیز ادامه یابد.

نوع دیگر از خلل و فرج در حین ذوب و انجماد ناشی از سهل انگاری جوشکار در مصرف الکترودهایی است که قسمتی از پوشش آن شکسته و جدا شده است و یا برای صرفه جویی از قسمت انتهایی الکترود که بدون پوشش است نیز استفاده کرده است.

برای کاهش خلل و فرج حین انجماد نباید تصور کرد که اگر درجه حرارت مذاب به کمک پارامترهای جوشکاری بالا برده شوند ویسکوزیته کمتر شده و حبابها بهتر رها می شوند زیرا افزایش درجه حرارت میزان حلالیت گازها را درمذاب نیز بیشتر می کند. بنابراین تنها راه جلوگیری از ورود گازها یا حذف عوامل ایجاد گاز نظیر رطوبت ، چربی و ... است.

 

 

 

به عنوان مثال با پیش گرم کردن الکترود و یا انتخاب نوع مناسب میزان هیدروژن ورودی را با کاهش طول قوس احتمال ورود اکسیژن و ازت، با انتخاب نوع مرغوب تر فولاد (با گوگرد کمتر) شانس ایجاد SO₂ و SH₂ و همچنین با انتخاب الکترود با مواد اکسیژن زدایی بیشتر (در پوشش) امکان ایجاد CO₂ را می توان کاهش داد.

در فرآیندهایی که از گاز محافظ استفاده می شوند تدابیر کمی فرق می کند. ترکیب فشار و دبی گاز محافظ، قطر نازل، فاصله نازل تا سطح کار و پارامترهای دیگر نیز باید مورد دقت و توجه قرار گیرد.

ترک

ترک برداشتن یکی از مهمترین و مضرترین عیب در جوشکاری می باشد. از یک طرف احتمال وقوع آن در ردیف گسترده ای از فولادها و فلزات و آلیاژهای غیرآهنی وجود دارد. از طرف دیگر موضوع پیچیده است چون اولا شکل ها ، ابعاد، جهت ها  و اندازه های مختلف داشته. ثانیا در محل های مختلف از فلز جوش Weld metal، خط ذوب Fusion line و منطقه مجاور جوش (H.A.Z) Heat affected zone ایجاد می گردد. از این مهمتر دلایل گوناگونی از قبیل ترکیب شیمیائی مواد مصرفی (فلز قطعه کار، مفتول یا الکترود پودر یا فلاکس و گاز محافظ) پارامترهای جوشکاری (آمپر، ولتاژ، سرعت، قطب) طراحی قطعه و محل اتصال و شرایط عملی و تکنیکی در جوشکاری می توانند سبب تشدید یا تقلیل نوع خاصی از ترک برداشتن شود. بطور شماتیک انواع گوناگون ترکیدگی را در مناطق مختلف نشان می دهد که برحسب محل و امتداد به نام های خاصی شناخته شده اند و عبارتند از:

1.ترکیدگی در حوضچه جوش یا دهانه انتهایی Weld metal crater cracking

2.ترک عرضی در جوش Weld metal Transwerse cracking

3.ترک عرضی در منطقه مجاور جوش H.A.Z Transwerse cracking

4.ترک طولی در فلز جوش Weld metal longitudinal cracking

5.ترکیدگی  زبانه یا گوشه ای Toe cracking

6.ترکیدگی زیر فلز جوش under bead cracking

7.ترکیدگی در خط ذوب  Fusion line cracking

8.ترک ریشه فلز جوش Weld metal root crackin

ترک برداشتن ممکن است در ردیف گسترده ای از درجه حرارت در ضمن انجماد تا درجه حرارت محیط و در زمان های مختلف بوجود آید. درجه حرارت وقوع ترکیدگی بسیار مهم است. بطور کلی ترکیدگی هایی که بالا خط انجماد بوجود می آیند. ترک گرم یا بالای خط انجماد Super solidus cracking یا hot cracking و آنهایی را که زیر خط انجماد ایجاد می گردند ترک سرد Sub-sdlidus cracking یا Cold cracking می نامند.

همانطور که اشاره شد برخی اوقات این ترکیدگی ها را می توان با چشم دید و گاهی باید با روشهای خاص (محلول های نفوذ کننده رنگی ، امواج صوتی، مواد مغناطیسی، رادیو گرافی و...) آنها را ظاهر کرد و حتی در بعضی موارد بکمک روشهای متالوگرافی، میکروسکپی و یا مطالعه سطح شکست پی به نوع و رفتار آنها برد.

یکی از عوارض مهم ترک غالبا شکسته شدن قطعه بدون تغییر فرم پلاستیکی است که اصطلاحا شکست ترد Brittle fracture می نامند.  این نوع شکست در اثر پیشرفت کند ابتدایی ترک برداشتن و پس از ادامه آن تا حد معینی (حد بحرانی طول ترک) پیشرفت بسیار سریع است و ترک برداشتن در زمان کوتاه بدون نیاز به تنش ادامه یافته و شکست بوقوع می پیوندد. بالانتیجه در این مرحله فرصت برای جلوگیری از شکستگی و گسیختگی کامل اتصال کم است و گاه سرعت پیشرفت ترک برداشتن به چندین متر در ثانیه می رسد.و منجر به حوادث تلخ با خسارات مالی و جانی فراوان می شود نظیر دو نیم شدن کشتی در دریا.

1.ترک گرم یا فوق خط انجماد:دو شرط یا حالت لازم است تا در دامنه انجماد در جوش ترکیدگی ایجاد شود. اولا باید نرمی و انعطاف پذیری ductility فلز به اندازه کافی نباشد ثانیا تنش کششی ایجاد شده بین کریستالهای جامد ناشی از انقباض از تنش شکست Fracture stress فلز در آن درجه حرارت تجاوز کند. برای درک بیشتر این دو شرط لازم است توضیحات بیشتری در این زمینه داد.

در هنگام سرد شدن کریستالهای جامد جوانه زده و رشد می کنند غلظت بعضی عناصر و ناخالصی ها در فاز مایع باقیمانده افزایش می یابد. از درجه حرارت معینی به بعد اتصال کریستالهای جامد بصورت نوعی چسبیدگی می باشد که استحکام در بین کریستالها ظاهر می شود اما نرمی و انعطاف پذیری صفر است. در ادامه سرد شدن از درجه حرارت خاص دیگر nil-dutility temperature خاصیت انعطاف پذیری نیز مشهود می گردد که با شیب زیادی همراه با سرد شدن جامد افزایش می یابد.

 این افزایش پس از یک ماگزیمم دوباره رو به کاهش می گذارد فاصله درجه حرارت تردی می نامند که یک عامل مهم و مشخص کننده حساسیت فلز در مقابل ترک برداشتن می باشد.

تردی در منطقه انجماد در اثر حضور لایه های مایع بین دانه های ناپیوسته جامد است. این فاز می تواند یک فاز یوتکتیک و یا حاصل تجمع ناخالصی ها باشد. وقتی این لایه بوجود می اید که مایع خاصیت خیس کردن Wetting بر روی دانه ها را داشته باشد یا با بیان دیگر انرژی سطحی Surtace energy نسبت به مرز دانه ها پایین باشد. بنابراین سولفور منگنز که تمایل به کروی شدن دارد کمک به کاهش حساسیت فلز در برابر این نوع ترک برداشتن می کند .

تنش حاصل از انقباض در حین سرد شدن برابر است با  که E مدول یانگ، ضریب انبساط حرارتی، x فاکتور ممانعت یا مهار restraint و  تغییر درجه حرارت است. احتمال اینکه این تنش در فاصله نسبتا بزرگ از   از استحکام کنشی تجاوز کند زیاد است و چون نرمی نیز وجود ندارد ترک برداشتن یا شکست اتفاق می افتد.

به فاکتور x نیز باید توجه شود که به مقدار زیادی به طرح اتصال ناموزنی اسکلت مورد جوش، مقدار فاصله بین لبه های ورق مورد جوش، ضخامت ورق و نسبت ضخامت ورق به مقطعه جوش بستگی دارد.

ترک برداشتن در دهانه انتهایی فلز جوش یکی از انواع ترکیدگی گرم می باشد. دهانه انتهایی چون سریعتر از قسمتهای دیگر فلز جوش سرد می شود. همچنین انجماد از تمام اطراف شروع و ادامه می یابد. احتمال وقوع حفره های انقباضی و ترک های ناشی از آن Shrinkage crack افزایش می یابد. برای کاهش یا جلوگیری از این عیب بهتر است از ایجاد حوضچه یا دهانه انتهایی در خاتمه مسیر جوش جلوگیری کرد. بابالا بردن و افزایش فاصله الکترود نسبت به سطح کار افزایش سرعت و یا کاهش تدریجی شدت جریان و یا افزایش غذا دادن مفتول (فرآیند جوشکاری TIG یا اکسی استیلن) می توان حتی المقدور این دهانه را بصورت مسطح و یا کم عمق تر درآورد.

ترک برداشتن خط ذوب یا نفوذ و حتی ترکیدگی در منطقه مجاور جوش نیز ممکن است از نوع ترک گرم باشد. بعضی آلیاژها دارای عناصر یا ناخالصی هایی هستند که تولید فازی در مرز دانه ها می کنند که این فاز یا دارای نقطه ذوب پایین بوده و یا باعث می شود که استحکام بین دانه ها را در درجه حرارت نسبتا بالا کاهش دهد سولفیدها کاربیدها با ترکیب پیچیده و یا ترکیبات بین فلزی Intermetallic copound از این مواد محسوب می شوند. حال اگر این آلیاژها تحت سیکل حرارتی جوشکاری قرار گیرند نقاطی بسیار نزدیک به منطقه ذوب درجه حرارت حدود 1300-1150 درجه سانتیگراد می باشد لایه بین دانه ها ذوب شده و با در این درجه حرارت استحکام و فرم پذیری پایین تحت تنش های ناشی از انقباض فلز جوش قرار گرفته و در نتیجه ترکیدگی گرم بوجود می آید.

در اثر نفوذ هوا و اکسیده شدن سطح ترک در درجه حرارت نسبتا بالا غالبا مقطع ظاهری شکست در ترکیدگی های گرم قهوه ای می باشد (در مورد فولادها) گاه با مشاهده این رنگ می توان حدود درجه حرارت شکست را حدس زد.

ترک گرم می تواند در اثر ذرات سرباره محبوس شده (آخال) نیز حاصل شود. اغلب الکترودها و یا فلاکس ها حاوی موادی در ترکیب خود می باشند تا بتواند سرباره ای با وزن مخصوص و نقطه ذوب پائین ایجاد نماید . بدین ترتیب احتمال حبس شدن ذرات سرباره در فلز جوش کم شود.

ترکیدگی در امتداد طولی از قطعه کار در نزدکی یموضع اتصال نیز مشاهده شده است. که ناشی از وجود ذرات طویل شده سرباره در فلز قطعه کار است که این ذرات در ضمن تهیه و نورد فولاد بوجود آمده اند. این نوع ترکیدگی به پارگی سراسری Lamellar tearing مرسوم است.

2.ترک سرد یا زیر خط انجماد هنگامی که ترک در عرض دانه ها ادامه می یابد و علائمی دال بر تمایل پیشرفت ترک در مرز دانه ها مشاهده نشود. به احتمال زیاد ترک از نوع سرد یا زیر خط انجماد است. همانطور که اشاره شد ترک گرم معمولا بالای 1200 درجه فارنهایت (650 درجه سانتیگراد) در حین جوشکاری یا سرد شدن ایجاد می شود. در ادامه سرد شدن تا 600 درجه فارنهایت (316 درجه سانتیگراد) غالبا ترکهایی ایجاد گردد. اما از این درجه حرارت به پایین ممکن است بعد از یک ساعت چند روز چندین هفته پس از جوشکاری ترکهایی ایجاد و رشد یابند که آنها را ترک های سرد می نامند.

شرایط مورد نیاز برای ایجاد ترکهای سرد نیز تقریبا مانند ترک های گرم توام شدن تردی در فلز جوش یا منطقه مجاور آن و تجاوز تنش کششی ناشی از انفصال (یا عوامل دیگر) از حد تنش شکست تردی در این مرحله ممکن است به دلایل بوجود آید از جمله در بعضی آلیاژها فازهایی وجود دارد که در ضمن حرارت (ناشی از جوشکاری)ذوب شده و پس از انجماد و سرد شدن تولید مناطق موضعی و شکننده کنند. دربرخی دیگر تغییر فاز در اثر سیکل حرارتی ناشی از عملیات جوش باعث ایجاد مناطق ترد و شکننده می شود که ایجاد مارتنزیت در بعضی فولادهای یا پرکردن از این نمونه است.

به علت تداخل عوامل متعددی از قبیل جنس مواد مصرفی فرآیند جوشکاری شیب حرارتی، توزیع تنش،  نرخ بارگذاری، محیط خورنده و غیره. تشخیص دقیق و یا علل واقعی ایجاد ترک بسیار مشکل است. غالبا ترک سرد در اثر یک عامل حاصل از انجماد نیز می تواند بعدا در اثر عوامل تشدید کننده در درجات پائین و ترک سرد حاصل نمایند. بطور کلی حالتهایی که احتمال ایجاد ترک سرد را افزایش می دهند عبارتند از:

الف.ترد و سخت شدن منطقه مجاور جوش

ب.ایجاد و پیشرفت تنش های واکنشی و پسماند

ج.هیدروژن تردی

ساختار میکروسکپی فولاد قطعه کار یکی از فاکتورهای مهم در ترک سرد است.

گاه تنش ایجاد شده به حدی نیست که موجب ترکیدگی شود اما بصورت تنش پسماند در قطعه مانده و در حین کاربرد قطعه تحت شرایط خاص اعمال نیرو و تنش وارده مجموع آنها از حد تنش پارگی تجاوز کرده و ترک سرد و گسیختگی زود هنگام شروع می شود.

بنابراین عملیات حرارتی با پس گرم کردن ممکن است در بعضی موارد باعث جلوگیری از ایجاد ترکیدگی سرد شود. پیش گرم کردن برای تقلیل سرعت سرد شدن و جلوگیری از ایجاد فاز ترد تدبیر مفید دیگری است.

همانطور که قبلا اشاره شد علاوه بر ساختار میکروسکپی نامناسب تاثیر تنشهای واکنش و باقیمانده هم حائز اهمیت است ترکیدگی ممکن است توسط تنشهای واکنشی ایجاد شود که قابلیت تغییر فرم پذیری ندارند. غالبا در ورقهای نازک تنش ها دو محوری و در ورقهای ضخیم سه محوری می باشند.

یکی از عوامل که تشدید کننده تنشها در محل اتصالات است شکاف یا درز می باشد تنش ایجاد شده در ریشه شکاف با ازدیاد عمق شکاف افزایش می یابد.

نفوذ ناقص ریشه جوش در اتصال یکطرفه لب به لب با سر به سر نیز عامل تشدید کننده ترک ریشه ای root cracking است.

ارتفاع زیاد گرده جوش بالنتیجه زاویه کوچک گوشه جوش Reentrant angle و زیر-برش یا سوختگی کناره جوش Under cut می توانند تشدید کننده و تمرکز دهنده تنش در موضع خاص و کوچکی شوند که احتمالا نتیجه آن ترک گوشه ای خواهد بود.

عامل سوم و موثر بر روی ترک سرد مقدار هیدروژن در جوش است (غالبا از طریق رطوبت و چربی ها وارد مذاب می شود) تئوری و مکانیسم هیدروژن تردی بسیار مفصل و پیچیده است که بطور خلاصه بررسی می شود.

بعلت کوچکی اندازه اتمها ی هیدروژن این عنصر در فولاد می تواند به راحتی حل شده و در حالت جامد هم به شبکه اتمی آهن نفوذ نموده و از جایی به جایی دیگر حرکت کند. تاثیر قوی تردی هیدروژنی بر روی ایجاد ترکیدگی سرد موضع جدیدی نیست که در سیم و ساختن فنرها تاثیر هیدروژن بر روی ترد شدن آنها مطالعه شده است.

حال اگر فلز جوش که با الکترود دستی بر روی فولاد رسوب داده شده در نظر گرفته شود ممکن است حدود gr100/ml30 (میلی لیتر درصد گرم فلز جوش) هیدروژن در مذاب فلز جوش حل شده باشد که همزمان با سرد شدن مذاب حلالیت گاز کم شده و مقداری از هیدروژن بصورت ملکول گازهای دیگر به خارج رها می شوند. ولی بعلت سرد شدن مذاب فلز جوش مقداری از گاز هیدروژن در جوش محبوس می شود که در ادامه سرد شدن به حد اشباع می رسد. مقداری از اتمهای هیدروژن به اطراف نفوذ کرده و حتی به سطح فلز آمده و آزاد می شوند. مقدار دیگر از آن به ساختار کریستالی یا شبکه اتصال فولاد که درایا هیدروژن حل شده کمتری است و یا به هر فضای آزاددیگر شامل حفر ناپیوسته ساختار کریستالی discontinuities در داخل فلز منتقل می شوند. واضح است که این نرخ نفوذ نیز با پائین آمدن درجه حرارت کاهش می یابد.

با توجه به نکات بالا می توان گفت که میزان هیدروژن باقیمانده در فلز جوش به میزان تاثیر هیدروژن به مشخصات زیر بستگی دارد:

الف-واکنش با اکسیژن، کربن، کوگرد و احیانا عناصر دیگر و ایجاد ترکیب گازی

ب-نفوذ در حفره ها و ملکولی یا حباب شدن آنها

ج-داخل شدن به فضای خالی اطراف ذرات ناخالصی ها و احتمالا بصورت آب در آمدن (احیانا اکسید)

د-جذب شدن به منطقه مجاور جوش

ه-نفوذ کردن به سطح و آزاد شدن در هوا

واضح است درجه حرارت بین پاسی Inter pass temperature و زمان نگهداری جوش در درجه حرارت محیط یا احتمالا درجه حرارتی بالا می تواند بر مبنای هیدروژن باقیمانده و موارد فوق تاثیر بگذارد

بعلت مشکلات در اندازه گیری هیدروژن در فلز جوش یا منطقه مجاور آن مطابق در نحوه ورود هیدروژن از اتمسفرد قوس یا طرق دیگر کمی مشکل است اما به هر صورت توزیع هیدروژن باقیمانده در لایه نزدیک به سطح با هیدروژن در قسمت میانی ورق چنین در فازهای مختلف متفاوت است بعنوان مثال اوستینت قابلیت حلالیت بیشتر برای هیدروژن نسبت به فریت دارد.

در مورد مکانیسم هیدروژن تردی تئوریهای مختلفی موجود است. نخستین تئوری می گوید هیدروژن اتمی حل شده فوق اشباع در شبکه کریستال می تواند در روی سطح گونه حفره ها ی کوچک و یا درزهای ریز بین ناخالصی ها در مرز دانه ها Perfection   یا درزهای ریز در اطراف ذرات ناخالصی ها rifts and voids رسوب یا حل شود Precipitate. در این مواضع بسیا رکوچک هیدروژن از حالت اتمی بصورت مولکولی در میآید و بعلت رابطه مجذوری که بین فشار مولکلولی با فشار اتمی هیدروژن جذب شده وجود دارد. فشار زیادی در این حفره ها و درزهای کوچک ایجاد می گردد. بعنوان مثال مقدار 1ml/100gr هیدروژن جذب شده می تواند فشاری در حدود Psi200000 تولید کند. عقیده بر این است که این فشار میت واند تنش های سه بعدی لازم برای ایجاد منبع حساس در برابر شکست را بوجود اورد.

تئوری دیگر معتقد است که رسوب و جدایش هیدروژ در سطوح عیوب کریستالی Internal lattice imperfection rifts باعث کاهش انرژی سطحی و پائین آوردن تنش می شود که می تواند سبب وسعت دادن درزهای فوق میکروسکوپی Submicroscopic rifts به ترکیدگی شود هر دو تئوری براساس تنش های حاصله از دیفوزیون و رسوب هیدروژن مطرح شده است.

عقیده کلی برآنست که تردی هیدروژنی و ترک ناشی از آن در سه مرحله :

-تامل Incubation

-رشد آهسته ترک

-رشد ترک با سرعت بالا حتی به مناطقی که هیدروژن کمی هم دارند.

حاصل می شود.

هیدروژن تمایل دارد در نواحی تنش های سه محوری که استحکام چسبندگی Cohesive strength کم است متمرکز شود. بعنوان مثال در نواحی اطراف عیوب ترکهایی مویی یا شکاف سطحی هنگامیکه غلظت تمرکز و تجمع هیدروژن در این نواحی پرتنش به حد معینی رسید نطقه ترک ایجاد شده و رشد آن در محلهاییکه استحکام شکست بالاتری دارند احیانا متوقف می شود اما به محض توقف ترکیدگی دوباره منطقه تنش سه بعدی و متمرکز شدن هیدروژن شروع شده و احتمالا این سیکل تکرار می شود تا به حد بحرانی طول ترک برسد.

درجه تردی تولید شده توسط هیدروژن مقداری به استحکام فولاد بستگی دارد به طور کلی تردی به ازا مقدار معینی از هیدروژن با افزایش استحکام فولاد ازدیاد می یابد بعنوان مثال فولادهای خیلی مقاوم (استحکام حدود Ksi300) می تواند حتی با مقدار 1ml/100gr هیدروژن ترد و شکننده شود و این اثر مشهود گردد.

همانطور که اشاره شد یکی از فاکتورها نفوذ و تحرک هیدروژن از ناحیه ای به ناحیه دیگر است و این  فاکتور خود متاثر از درجه حرارت است  .  عملا بین      F 200-150 درجه تا  بیشترین اثر تردی هیدروژنی مشاهده شده است. در درجه حرارت های بالا مقدار دیفوزیون به حدی است که هیدروژن می تواند از سطح فلز بخارج رها شود.

نرخ اعمال تنش و همچنین ضخامت قطعه فاکتورهای دیگری هستند که خالی از اهمیت نیستند. در بررسی ایجاد ترکهای سرد در جوشکاری این نکته را نباید فراموش کرد که در یک حد تنش ماکزیمم است که ترک برداشن هیدروژنی بدون وقفه پس از سرد شدن جوش از حدود 200 درجه فارنهایت ایجاد می گردد و در یک حد مینیم تنش این نوک ترکیدگی در حالت استاتیکی ایجاد نمی گردد. در بین این دو حد تنش این پدیده احتمالا با تاخیر بوقوع می پیوندد.

یک نمونه از ترک سرد ناشی از هیدروژن غالبا در زیر فلز جوش در منطقه ای بسیار نزدیک آن بنام ترکهای ریز فلز جوش Underbead creaking در فولادهای آلیاژی دیده می شود که بسته به وضعیت توزیع تنش های پسماند ، موقعیت تشدید کننده تنش Stress raiser و یا نیروهای اعمال شده در امتداد و جهت های متفاوت حتی از منطقه مجاور جوش بطرف فلز قطعه کار در فاصله ای دورتر هم پیشرفت کرده و مشاهده می شود.

اما بهر حال هیدروژن می تواند فلز جوش را نیز ترد کرده و نوعی از ترک سرد را بوجود آورد. این عیب بنام چشمهای ماهی Fisheyes از زمان نسبتا طولانی شناخته شده است. چشم ماهی معمولا توسط یک نوع ناپیوستگی شبیه حفره های گاز gas pocket با ذرات محبوس شده غیر فلزی احاطه شده است.

ظاهرا هنگامیکه اتم هیدروژن در سطح حفره ها یا ترکهای ریز رسوب کرده و به فرم مولکولی در می آید فشار حاصل می تواند به اندازه کافی بزرگ باشد تا سبب یک تغییر طولی یا کش آمدن در کریستالهای شبکه اطراف حفره می باشد. این حوزه تنش ممکن است به اندازه ای که در شکاف تیز یا تیرک ایجاد شده و منجر به ادامه ترک برداشتن می شود شدید نباشد ولی این حوزه تنش موضعی می تواند سبب نفوذ بیشتر هیدروژن به این منطقه شود. هنگامی که فلز جوش تحت نیرو یا کش آمدن با نرخ نسبتا آرام (تحت کشش یا خمش) قرار گیرد هیدروژن بیشتری به محیط اراف حفره نفوذ کرده و این سطوح و مناطق موضعی به صورت مسطح با شکست ترد گسسته می شود. بعلت زمان کم ادامه مکانیسم تردی هیدروژن در کلیه مناطق امکان پذیر نخواهد بود و بقیه مناطق همراه با مقداری تغییر فرم پاره می شود و ظاهر سطح مقطع شکست به شکلی دیگر مشهود می شود.

برای کاهش ایجاد چشمهای ماهی کافی است که قطعه را قبل از آزمایش در در جه حرارتی بین 1300-200 درجه فارنهایت (700-900درجه سانتیگراد) برای مدت زمان معین حرارت داد. طبیعتا در جه حرارت پائین کمتر با ضخامت زیادتر به زمان بیشتری نیاز دارد. بدین ترتیب مقداری از هیدروژن تحت قوانین نفوذ خارج می شود. مقطع شکسته شده نمونه آزمایش ضربه تعداد کمتری چشمهای ماهی را نشان می دهدو این نتیجه تائیدی مکانیسم گفته شده در بالا است.

بطور کلی سه تدبیر اساسی برای جلوگیری یا کاهش احتمال ترک سرد ناشی از هیدروژن مورد توجه است.

الف- استفاده از مواد مصرفی و فرآیندهای جوشکاری با هیدروژن کم، در جوشکاری با الکترود دستی مصرف الکترودهای قلیایی و پیش گرم کردن الکترود می تواند تا حدود به کاهش هیدروژن در فلز جوش منجر شود. اما فرآیندهای دیگر جوشکاری نسبت به شرایط و امکانات ممکن است مقدار هیدروژن را به مینیمم برساند.و بعنوان مثال فرآیند جوشکاری با اشعه الکترونی

ب-امکان دادن برای رها شدن گاز از درون فلز گاه با عملیات پس گرم کردن کنترل درجه حرارت بین پاسها می توان به مقدار زیادی از هیدروژن این شانس را داد به بیرون نفوذ کند در بعضی فرآیندها ایجاد خلا در ضمن جوشکاری لازم می باشد خلا تقلیل فشار خارجی خروج گازها از جمله هیدروژن را تسهیل کرده و مقدار آنرا کاهش می دهد.

ج-کنترل ساختار میکروسکوپی میزان کربن و تنش های داخلی یا اعمال شده.

10-ذرات سرباره محبوس شده Slag inclusion

هر نوع ذرات غیر فلزی محبوس شده در فلز جوش را اصطلاحا ذرات سرباره محبوس شده آخال Inclusion می نامند. منبع این ذرات لزوما از پوشش الکترود با سرباره نیست بلکه محصول واکنش های مختلف سرباره فلز نیز می تواند باشد. شکل این ذرات در تاثیر چندانی بر روی خواص مکانیکی ندارد اما در مقدار زیاد و به ویژه ابعاد بزرگ و احیانا کشیده شده (طویل) بر روی خواص مکانیکی بویژه مقاومت ضربه ای تاثیر سو دارد.

ذرات سرباره یا محصول واکنشهای عناصر اکسیژن زدا یا اکسیژن (یا اکسیدهای ناپایدار) در مذاب می تواند به صورت مایع و یا جامد و بطور هموژن در فلز جوش توزیع شده باشد.

گاه ذرات سرباره محبوس شده به شکل کروی و هموزن در مقطع فلز چوش دیده نمی شوند که علل مختلفی باعث ایجاد آنمها خواهند بود که اهم آنها عبارتند از»

الف-ریخته شدن پوشته شکسته شده الکترود به مذاب

ب-استفاده از الکترودی که قسمتی از آن بدون روپوش است

ج-ورود هوا در اثر سهل انگاری جوشکار در حرکات نامناسب الکترود یا مشعل

د-عدم دقت در تمیز کردن سرباره در انتهای چاش جوش در تعویض هرالکترود

ه-عدم توجه به تمیز کردن سرباره در کوشه ها و زوایای جوش رسوب داده شده پاس قبلی بویژه در لبه های یخ سازی شده جناقی با زاویه کوچک

خطرات سرباره در حالت دوم بمراتب بیشتر از حالت ریز و هموژن است.

مقدار ذرات سرباره محبوس شده در حالت غیریکنواخت که بیشتر در اثر عدم رعایت نکات تکنیکی بوجود آده اند راحتتر قابل کاهش و کنترل ست برای تقلیل ذرات سرباره محبوس شده کروی و توزیع شده در سرتاسر جوش مطالعات و تحقیقات بسیار شده است که این پژوهش ها نشان می دهد شکل و چگالی و نوع ترکیب ذرات ترکیب و درجه حرارت و ویسکوزیته مذاب میزان بهم خوردن و تلاتم محیط ذوب و همچنین میزان چسبندگی این ذرات به لایه سرباره عوامل تعیین کننده و موثر در کنترل و کاهش ذرات محبوس شده نهایی هستند. به عنوان مثال ذرات درشت تر سریعتر از ذرات ریز به سطح مذاب شناور می شوند. یا ذرات در مذاب گرم تر یا ویسکوزیته پایین تر نسبت به مذاب سرد و ویسکوزیته بالاتر سریعتر بهمدیگر متصل شده و بطرف بالا حرکت کنند. در عوض مذاب گرم امکان حل شدن بیشتر ذرات و ناخالصی ها در آن را فراهم می سازد. بهم زدن و تلاتم زیاد و سرعت سرد شدن سریع مذاب احتمال محبوس شدن ذرات شناور در مذاب لابلای کریستالهای جامد را افزایش می دهد.

11.تقعر در گرده جوش (Concavity)

1.سرعت زیاد

دلایلی که باعث به وجود آمدن این عیب می شود هنگامی که سرعت جوشکاری بالا باشد کانالی توسط برخورد الکترونها از الکترود به قطعه به وجود می آید و از طرف دیگر مواد مذابی که وظیفه پر کردن این کانال را دارند برای اینکه سریعتر این کار را انجام دهند نمی توانند به طور کامل کارشان را انجام دهند در نتیجه کانال به طور کامل و به اندازه کافی پر نمی شود و این عیب به وجود می آید.

2.شدت جریان بالا

هنگامی که شدت جریان در جوشکاری زیاد باشد، پاشش مذاب هم افزایش می افتد همچنین نفوذ در جوشکاری بیشتر می شود در نتیجه بنابراین دو اصل وقتی شدت جریان افزایش می یابد از طرفی کانالی که توسط الکترودنها حفر می شود عمق بالایی دارد و از طرف دیگر ذرات مذابی که وظیفه پر کردن این کانال را دارند به دلیل پاشش زیاد مقدارشان کمتر می شود و وقتی در این کانال رسوب می کنند به نمی توانند طور کامل این کانال را پر کنند و این عیب به وجود می آید.

2.تحدت در گرده جوش (Convexity)

دلایل به وجود آمدن این عیب دقیقا برعکس تقعر در جوشکاری می باشد

1.سرعت جوشکاری کم باشد

2.شدت جریان در جوشکاری پایین باشد

پیچیدگی و تنش د رجوشکاری

وقتی فلز در معرض گرما قرار می گیرد منبسط می شود اما اگر گرما فقط به یک ناحیه برسد ممکن است انبساط موضعی و در نتیجه نایکنواخت رخ دهد.

فلزی که در اطراف ناحیه گرما دیده قرار دارد ممکن است نسبتا خنک بماند و مانع انبساط ناحیه گرم شود بنابراین هرگاه فلز به نقطه تسلیم برسد تغییر شکل دائمی در  آن ایجاد می شود در اینصورت وقتی فلز سرد شود شکل اولیه خود را باز نمی یبابد بلکه به همان صورت پیچیده باقی میم ماند همین اتفاق ممکن است در هنگام سرد شدن قطعه نیز بیفتد. فلز سردتر اطراف موضع جوشکاری مقاومت می کند و تنهاش انقباضی نیز به پیچیدگی اضافه می شوند میزان پیچیدگی بر تنشهای ساختاری باقیمانده در قطعه پس از سرد شدن آن تاثیر چشمگیری دارد.

در بیشتر موارد با استفاده از فرآیندی به نام تنش زدایی می توان این مشکل را برطرف کرد در تنش زدایی قطعه را تا دمایی معین که معمولا کمتر از دمای تبلور مجدد فلز است در محیط تحت کنترل گرم می کنند بدین ترتیب تنشهای قطعه حذب می شود و بدون آنکه ساختار آن تغییر چندانی پیدا کند.

به علاو با بالا رفتن دما استحکام فلز جوش به شدت کاهش می یابد و چون جرم فلز وش در مقایسه با جرم کل قطعه اندک است در هنگام سرد شدن قطعه فلز جوش ناگزیر است که بیشترین جریان نوسان را انجام دهد. اگر این جریان مومسان از استحکام کششی نهایی فلز فراتر رود ممکن است قطعه دچار شکست شود.

انواع پیچیدگی

در صورت بی دقتی و پیشگیری نکردن از ایجاد پیچیدگی ممکن است در سازه های جوشکاری شده سه نوع پیچیدگی پدید آید پیچیدگی زاویه ای پیچیدگی طولی و پیچیدگی عرض .

به عبارت دیگر باید ورقها را طوری کنار هم گذاشت که پس از ایجاد پیچیدگی وضعیت مطلوب را پیدا کنند یکی از راه حلها جوش دادن یک نمونه آزمایشی و اندازه گیری مقدار پیچیدگی زاویه ای آن با استفاده از نقاله است.

برای کاهش پیچیدگی می توان از مرحله طراحی اقدام کرد در مرحله طراحی می توان میزان جوشکاری را به حداقل ممکن کاهش داد. این تدبیر شامل تا کردن ورق یا به کارگیری آن دسته از فرآیندهای جوشکاری است که پایینترین آهنگ گرمادهی را دارند.

اگر پیشگرم کردن قطعات امکانپذیر باشد و بتوان آهنگ سرد شدن پس از جوشکاری را کنترل کرد آنگاه پیچیدگی را نیز می توان کنترل کرد اما همیشه این کار عملی نیست.

استفاده از جوشکاری پرشی و برگشت به عقب یا استفاده انقباض یک جوش برای مقابله با انقباض جوش دیگر مثلا در هنگام جوشکاری اتصال جناغی دو طرفه یا بازسازی یک محور فرسوده از آن جمله است

 خال جوشها یا گیره ها را فقط وقتی می توان برداشت که قطعات کاملا سرد شده باشند.

یادآوری می کنیم که در حین ساخت قطعات مثلا از طریق شکل دادن و نورد کاری سخت قطعات تحت تنش قرار می گیرند سپس هنگامی که فلز در حین جوشکاری گرم می شود این تنشها حذف می شوند اما قطعه پیچیدگی پیدا می کند.

در جوشکاری مبرد قطعه ای بزرگ از فلز است که آنرا در مجاورت خط جوش قرار می دهند. مبرد گرمای ایجاد شده در هنگام جوشکاری را دفع می کند و وسعت منطقه متاثر از گرما را به حداقل می رساند  گاهی از یک قطعه یا تسمه مسی به عنوان مبرد استفاده می کنند زیرا مس رساننده بسیار خوب گرماست و بنابراین گرما را از ناحیه جوش دور می کند. پس استفاده از مبرد یکی دیگر از راههای کنترل پیچیدگی است.

ترک خوردن جوش

نیروهای انقباضی که در هنگام سرد شدن جوش ایجاد می شوند به جوش تنش کششی اعمال می کنند و ممکن است سبب بروز یکی از اجدیترین مشکلات جوشکاری یعنی ترک خوردن بشوند.

قطعه جوشکاری شده ممکن است در محل خط جوش در منطقه متاثر از گرما یا در هر دو ناحیه ترک بخورد. ترکها ممکن است بزرگ باشند و با چشم غیر مسلح دیده شوند که آنها را ترک درشت می نامند یا ممکن است از نوعی باشند که خط زیر میکروسکوپ می توان آنها را دید و ترک ریز یا ترک میکروسکوپی نامیده می شوند.

ترکهایی که در دمایی بالاتر از دمای خط انجماد تشکیل می شوند ترک گرم نام دارند. ترکهایی که در زیر این دما ایجاد می شوند ترک سرد نام دارند. ترک سرد غالبا در جوش فولادهای کم آلیاژ و در دمای محیط ایجاد می شود.

از دیدگاه متالورژیکی و بنابراین از دیدگاه مهندسی جوشکاری تمایز قائل شدن بین ترکهای گرم و سرد بسیار اهمیت دارد. بنابراین موضوع ترک خوردن جوش را تحت دو عنوان بررسی می کنیم.

ترک گرم

وضعیت باید حاکم باشد تاقطعه در چرخه گرمایی جوشکاری ترک بخورد

1.فلز باید فاقد شکلپذیری باشد

2.تنش کششی ناشی از انقباض باید از تنش گسیختگی بیشتر شود.

شکلپذیر نبودن در دمای بالا معمولا از آثار وجود فیلمهایی با نقطه ذوب پایین در مرز دانه ها مانند سولفیدها در فولاد یا ترکیب او تکنیک در بعضی آلیاژهای آلومینیوم حساس به ترک ناشی می شود.

تنشهایی که به گرم شکنی کمک می کند معمولا تنشهای انقباضی هستند که در هنگام سرد شدن فلز جوش پدید می آیند بدیهی است که وقتی درز جوش مقید است و نمی تواند حرکت کند این تنشها بیشترین مقدار خود را دارند. بنابراین در هنگام جوشکاری ذوبی باید به عامل مهمی مانند قید توجه کرد و در صورت امکان آن را به حداقل رساند یا با آن مقابله کرد.

یکی از مثالهای متداول جوش دادن یک قرص مرکزی به یک چرخدنده حلقوی ضخیم است. چرخدنده حلقوی را باید پیشگرم کرد تا ترک نخورد علت نیاز به پیشگرم کردن قطعه لزوما دشوار بودن جوشکاری آن نیست بلکه هدف از آن مقابله با تنشهای انقباضی است که می خواهند در جوش ترک ایجاد کنند. بنابراین گاهی پیشگرم کردن و پسگرم کردن یکنواخت و دقیق حتی وقتی جنس قطعه ای که جوشکاری می شود فولاد کم کربن باشد ضرورت دارد زیرا مانع ایجاد تنشهای انبساطی . انقباضی می شود و گرنه از لحاظ متالورژیکی ضرورت ندارد.

گرم شکنی معمولا طولی است و در وسط جوش رخ می دهد اما گاهی نیز در فواصل منظم و در امتداد عرضی ایجاد می شود فاصله بین ترکها از 12 تا 150 میلمتر تغییر می کند.

منگنز گوگرد را کروی می کند و می تواند مانع از ترک خوردگی ناشی از فیلمهای سولفیدی کم استحکام شود. اگر مقدار کربن از 15/0 درصد کمتر و نسبت Mn/s در فلز جوش از 15 بیشتر باشد خطر گرم شکنی به شدت کاهش می یابد.

ترک سرد

فلز پایه در نزدیکی خط جوش ترک می خورد و معمولا در صورت بالا بودن آهنگ سرمایش همراه با حضور هیدروژن این پدیده رخ می دهد. ترکهای سرد پس از سرد شدن فلز جوش تشکیل می شوند و گاهی ساعتها یا حتی روزها پس از جوشکاری پدید می آیند.و به همین سبب آنها را ترک سرد می نامند.

به دلیل خطراتی که ممکن است ترکهای مخفی ایجاد کنند انتخاب راه کارهای جوشکاری مناسب و پیروی دقیق از آنها اهمیت بسزایی دارد.

در هنگام جوشکاری ذوبی فولاد با استفاده از فرآیند قوسی بخشی از فلز پچایه با فلز جوش مخلوط می شود (رقیق شدن) اگر از سیم جوش استفاده نشود (جوش لبه برگشته) جوش را خودزاد می نامند زیرا خط جوش صرفا از فلز پایه تشکیل شده است.

چون فلز تا رسیدن به نقطه ذوب گرم می شود شیب دمایی از طرف جوش به طرف فلز پایه وجود دارد. به محض قطع قوس موضع جوشکاری به تمامی سرد می شود و داغترین بخش فلز سریعتر از همه بخشها سرد خواهد شد .

وجود مارتنزیت سخت و شکننده به معنای حضور ساختاری مستعد ترک خوردن است هر ترکی که در این ناحیه تشکیل شود با وجود هیدروژن مرتبط است.

اتمهای هیدروژن تمایل دارند با یکدیگر ترکیب شوند و مولکول هیدروژن تشیکل دهند. مولکولهای هیدروژن تجمع می یابند و فشار بسیار زیادی وارد می آورند که مدتی پس از جوشکاری ترک ایجاد می کند وجود هر نوع تنش باقیمانده نایش از مقید بودن خط جوش برشدت ترک خوردن می افزایشد.

هیترکیب شیمیایی فولاد تعیین کننده پاسخ آن به عملیات گرمایی و بنابراین مستعد بودن آن به ترک خوردن است. کربن بیشترین اثر رادارد و اثر سایر عنصرهای آلیاژی را می توان بحسب درصد کربن بیان کرد. بدین ترتیب مستعد بودن فولاد به ترک خوردن در منطقه سخت (یا سرد شکنی) را می توان با عددی به نام کربن معادل نشان داد.

یکی از فرمولهای ساده برای محاسبه کربن معادل چنین است:

= کربن معادل

کربن معادل فولاد کم کربن معمولا در گستره 21/0 تا 40/0 است و می توان به راحتی و بدون نیاز با اتخاذ تدابیر خاص این نوع فولاد را جوشکاری کرد. اگر کربن معادل فولاد در حدود 40/0 باشد استفاده از فرآیندی کم هیدروژن اکیدا توصیه می شود معمولا فولادی با کربن معادل تا 47/0 را می توان بدون نیاز به پیشگرم کردن با استفاده از فرآیندهای کم هیدروژن جوشکاری کرد به شرط آنکه جوشکاری در محیط یخبندان انجام نشود. فولادهایی که مقدار کربن معادل آنها از 47/0 بیشتر است معمولا به پیشگرم کردن نیاز دارند (حتی در صورتی که از فرآیند یا الکترود کم هیدروژن استفاده شود)

۲ - آشنایی با متالورژی جوش برای جلوگیری از عیوب جوش

-در هنگام طراحی سازه های جوشکاری شده مراقب باشید که جوشکاری به حداقل ممکن کاهش یابد. بدین ترتیب به تها هزینه ها کاهش می یابد بلکه پیچیدگی سازه نیز به حداقل می رسد.

-در هنگام جوشکاری مراقب باشید که یک طرف سازه بیش از حد داغ نشود آهنگ گرما دهی باید متعادل باشد و گرما باید به طور یکنواخت در تمام قطعه پخش شود با استفاده از ترتیب جوشکاری مناسب می توان به این اصل رسید.

-با پیش نشاندن ورقها و استفاده از مبرد می توان پیچیدگی را کنترل کرد.

-یکی از مشکلات بسیار جدی در جوشکاری ترک خوردگی است

-ترکها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند. ترکهایی که در دمای بالا ایجاد می شوند و ترک گرم نام دارند . ترکهایی که در دمای محیط ایجاد می شوند و ترک سرد نام دارند.

-عنصر اصلی که سبب گرم شکنی می شود گوگرد است منگنز به جلوگیری از ایجاد ایننوع ترک کمک می کند.

-استفاده از فرایندها یا الکترودهای کم هیدروژن همراه با کنترل آهنگ سرد شدن به جلوگیری از ایجاد ترکهای سرد کم می کند.

یکی از راههای مهم برای جلوگیری از عیوبی مانند ترک پیچیدگی عمل پیش گرمی و پس گرمی می باشد.

پس گرمی و پیش گرمی

در جوشکاری فولادهای پرکربن با الیاژی همیشه خطری وجود دارد که فلز جوش نشسته (weld deposit) و ناحیه متاثر از جوش (heat-affected zone) فلز سخت و شکننده ای بنام مارتنزیت (martensite) تشکیل دهند. در اینصورت فلز نرمی (ductility) خود را از دست داده و امکان ترک خوردن هنگام سرد شدن دارد. با استفاده از بیش گرمی و پس گرمی می توان میزان مارتنزیت جوش را در حداقل نگهداشت.

پیش گرمی و پس گرمی دمای فلز مجاور جوش را بالا برده و در نتیجه اختلاف دمای بین جوش و فلز مجاورآنرا تا حد امکان پایین نگه می دارد. فولادهای کم کربن به ندرت نیاز به پیش گرمی دارند. از آنجایی که سختی پذیری فولاد نسبت مستقیم با میزان کربن و عناصر آلیاژی دارد دماهای پیش گرمی مختلف خواهد بود.

محاسبه دمای پیش گرمی

 

پس گرمی> هدف از پس گرمی مشابه پیش گرمی می باشد در حقیقت پس گرمی همراه با پیش گرمی استفاده می شود بوسیله حرارت دادن قطعه جوش خورده همینکه جوش تکمیل شد دما قطعه کار را می توان در حا بالایی نگه داشت تا جوش به آرامی سرد شود. همچون پیش گرمی هر گونه عملیات پس گرمی ناحیه جوش خورده را نرم تر نگه می دارد.

دماهای پس گرمی و مدت زمان آن به نوع و ضخامت فولاد بستگی دارد. دما از 600 درجه فارنهایت برای فولاد نو 10xx تا 1200 درجه فارنهایت برای فولادهای 43xx می تواند تغییر کند این در حالی است که زمان مورد نیاز جهت پس گرمی از 5 دقیقه تا چندین ساعت متغیر می باشد.

در جوشکاری به بررسی تاثیر عناصر در فولاد می پردازیم

تاثیر عناصر در فولاد

عناصر مختلف که بطور متداول در فلزات یافت می شوند تاثیر مشخصی روی قابلیت جوشکاری آنها دارند بعضی از این عناصر مهم و اثرات حاصل از آنها بر جوشکاری فولاد عبارتند از:

1.کربن (Carbon) از آنجایی که میزان سختی پذیری (hardenability) در فولاد را معین می کند مهمترین عنصر موجود در فولاد است. هر چه میزان کربن بیشتر باشد فولاد سخت تر می شود. اگر فولاد کربنی (بالای 30/0 درصد) جوشکاری شود و ناگهان سرد شود یک ناحیه ترد و شکننده (brittle) در کنار جوش ایجاد می گردد بعلاوه اگر کربن اضافی از مخلوط گازهای جوشکاری بدست آید جوش بوجود آمده آنقدر سخت می شود که به آسانی ترک می خورد.

بطور کلی بهترین جوش هنگامی ایجاد می شود که میزان کربن موجود در فولاد تا جای ممکن کمترین حد خود باشد.

2.منگنز (Manganese) در فولاد باعث افزایش سختی پذیری و استحکام کششی (tensile strength) می شود به هر حال اگر مقدار منگنز بالای 60/0 درصد باشد و بخصوص اگر با درجه بالایی از کربن ترکیب شود قابلیت جوشکاری قطعا کم خواهد شد. در این شرایط معمولا ترک افزون ایجاد خواهد شد.و اگر میزان منگنز خیلی کم باشد تخلخل داخلی (internal porosity) و ترک ممکن است گسترش یابد.

بهترین نتیجه جوشکاری وقتی بدست می آید که فولاد محتوی 40/0 تا 60/0 درصد منگنز باشد.

3.سیلیکون  (Silicon) برای بهبود کیفیت و استحکام کششی در فولاد بکار می آید میزان بالای سیلیکون بخصوص همراه با کربن بالا منتج به ترک می شود.

4.گوگرد (Sulfur) اغلب برای بهبود خواص ماشین کاری (machining) فولاد به آن اضافه می گردد. به هر حال مقدار آن در انواع دیگر فولاد پایین نگه داشته می شود (035/0 درصد و حداکثر 05/0 درصد) زیرا که در صد بالای گوگرد احتمال ترک را افزایش می دهد. فولادهای ماشینی پرگوگرد بطور معمول با الکترود کم هیدروژن بدون هیچ دشواری جوشکاری می شوند.

5.فسفر (Phosphorus) به عنوان ناخالصی در فولاد در نظر گرفته می شود در نتیجه مقدار آن تا حد امکان پایین نهداشته می شود میزان فسفر بالای 04/0 درصد باعث می شود که جوش شکننده (brittle) شود.

6.عناصر دیگر (نیکل، کروم، وانادیم و غیره)تاثیرهای مختلفی بر قفابلیت جوشکاری فلزات دارند. جوشکاری این آلیاژها باید با احتیاط خاصی انجام گیرد و معمولا برای جلوگیری ایجاد نواحی سخت و شکننده در جوش پیش گرمی (preheat) و پس گرمی (postheat) مورد نیاز می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مصاحبه با پدر جوش ایران دکتر امیر حسین کوکبی

با سلام بعنوان اولین سئوال می خواستم نظر شما را در ارتباط با آینده جوشکاری در ایران بدانم تعداد زیادی از خوانندگان وبلاگ نگرانیهایی در این زمینه دارند و سئوالات متعددی برایم ارسال شده.

-پاسخ این سئوال را فکر می کنم بتوان حدس زد. با توجه به فعالیتهایی که در این بیست و چند سال داشته ایم چه بصورت مستقیم و چه در رابطه با تحقیقات و دانشگاه راه اندازه دوره کارشناسی ارشد جوشکاری و دوره های بین المللی جوش و نیازهایی که در صنایع متختلف مطرح است و زمینه های بکری که در موضوع جوشکاری هنوز در ایران دست نخورده مانده است به نظر من آینده بسیار روشنی دیده می شود. فقط چیزی که وجود دارد طبیعتا در مملکت ما چیزی در بورس میرود خیلی ها کرکه مغازه شاهن را می کشند بالا و مدعی مسایل جوش و تخصص جوش و کلاس جوش و از این مسایل می شوند مثل کلاس کنکور و کلاس زبان و گواهینامه و مدرک می دهند یک مقدار این مسایل وجود دارد که امیدواریم نظمی گرفته شود که هر کس مدعی مسایل جوش نباشد. اما بهر حال نیاز بسیار زیاد است و آینده خوبی داریم.

شما چه توصیه ای برای نظام مندکردن این سیستم دارید با توجه به اینکه ما موسسات مختلفی مثل مرکز پزوهش و مهندسی جوش ایران و انجمن جوشکاری و تستهای غیرمخرب ایران داریم.

توصیه من بر این است تا جایی که امکان دارد بهم نزدیک شوند و منیت ها کنار برود اینکه انجمن یا فلان مرکز و یا فلان شرکت و یا حتی موسسه استاندارد بگویند که فقط من هستم در این فرم طبیعتا یک مقدار انرژیها از بین می رود و یک مقدار حالت تفرقه بوجود می آید. این موضوع که چه کسی باید این کار را انجام دهد بهر حال هر کس در حیطه کاری و وظایف خودش باید تلاش خود را انجام دهد. به امید اینکه یک فردی از جایی از غیب بیایدو دغدغه ما را در رابطه با جوشکاری برطرف کند به نظر من یک مقدار سسیتی است حتی جایی که می ایند و به من می گویند که شما انحصارا با ما کار کنید من خودم را کنار می کشم و می گویم من فعلا تا جایی که وقت دارم دوست دارم هر جایی که بتوانم یک قدم مثبت بردارم و کار مثبتی از دستم بر اید انجام دهم.

اما برای بعضی ها یک مقدار خوشایند نیست.

در نهایت چه توصیه ای برای افرادی دارید که به تازگی وارد حیطه جوشکاری شده ااند و یا می خواهند وارد شوند.

-توصیه من براینست که اولا علاقه داشته باشند چون برای هر کاری یک مقدار ذوق باید در خود فرد باشد از طرف دیگر بسته به نوع و سطح فعالیت فرددر رابطه با جوشکاری ممکن است بعضی از وظایف سنگین هم باشد. مثل یک جوشکار اسکلت فلزی و یا جوشکار مربوط به خطوط لوله نفت و گاز و یا ریل راه آهن که بخواهددر منطقه بد آب و هوا و دور دست کار کند. بهر حال ممکن است نیاز به تحمل سختی هایی باشد در مباحث علمی چون جوشکاری به سازه شیمی ریاضی برق مکانیک و متالورژی ارتباط پیدا می کند. ممکن است دامنه یک مقدار وسیعتر باشد توصیه من اینست که یک نفر نخواهد ادعا کند که همه مسایل جوشکاری را می داند چون رهر حال اگر موضوع زمینه جوشکاری فولادهای زنگ نزن کار بکنم و اطلاعات آنرا کسب کنم اما اگر بخواهد هم در لیزر هم در الکتروبیم هم در اکسی استیلن و فولاد و تیتانیوم و چدن و همه را یکدفعه کار کند طبیعتا یک مقدار سطح کاریش پایین تر خواهد آمد.

توصیه دیگر بنده اینست که سعی کند خودش را اصلاح کنتد تا افراد دیگر را تخطئه کند و بگوید که فلانی اشتباه گفت و ... هر کسی سعی کند که خودش را کامل کند و وظیفه ای که عهده دار است را حتی المقدور با مبانی علمی انجام دهد اگر فردی به یکسری اطلاعات دسترسی پیدا کند فکر نکند که دیگر همه چیز را می داند یکی از مشکلاتی که ما نه تنها در زمینه جوشکاری بلکه در تمام زمینه ها روبرو هستیم افرادی هستند که با پیدا کردن یکسری اطلاعات محدود در زمینه فکر می کنند همه چیز را می دانند و این را باور ندارند که انسان هر چه بیشتر بداند تازه می داند که چیزی نمی داند.

این چند نکته ای بود که من بعنوان یک فرد کوچک جامعه می توانم توصیه کنم.

   (دکتر امیر حسین کوکبی)