جوش و جوشکاری

[spow 44197]

5-2-4-2- اجرای جوش ترمیمی

 

جوشكاری ترمیمی موفق شامل موارد و پارامترهای زیر می گردد :

- دستورالعمل جوش : دستورالعل جوش باید برای استفاده جوشكاران تهیه گردد . این دستورالعمل باید شامل پروسه ، نوع ماده مصرفی ، پیش گرم و سایر اطلاعات تخصصی لازم برای اجرای جوشكاری باشد .

- تجهیزات جوشكاری : تجهیزات جوشكاری باید به اندازه كافی در دسترس باشد، به طوریكه تأخیری در كار ایجاد نشود . این تجهیزات شامل ماشین جوش ، كابل ، آون ، گیره و … می باشد .

- مواد : مواد كافی نیز باید در دسترس باشد . این مواد شامل الكترود و مواد مصرفی جوش، قطعات جایگزین ، تقویتی ها و غیره می باشد . همچنین سوخت جهت پیش گرم و برش نیز باید در حد كافی موجود باشد .

- ترتیب جوشكاری : ترتیب جوشكاری و نحوه اجرای پاسها بسیار اهمیت دارد و باید بطور واضح در دستورالعمل تشریح گردد .

- ایمنی : در تمام مراحل باید شرایط به گونه ای تعبیه شود تا ایمنی كامل برقرار گردد .

- كیفیت جوش : كیفیت جوش باید بطور مداوم بررسی گردد . جوش نهایی باید كاملا" صاف و بدون شیار باشد .

- جوشكار : در نهایت باید تعداد كافی جوشكار تائید شده و با مهارت برای اجرای سریع كار وجود داشته باشد .

 

5-2-4-3- عملیات پس از جوشكاری

پس از اتمام جوشكاری باید قطعه به آهستگی سرد شود و نباید در برابر باد یا محیط سرد قرار گیرد . همچنین تا زمانی كه قطعه به دمای محیط نرسیده، نباید نیرویی به محل تعمیر شده، اعمال گردد .

- بازرسی : جوش باید تحت بازرسی قرار گیرد . این بازرسی می‌تواند شامل بررسیهای غیر مخرب مانند mt ، ut یا rt باشد . جوش ترمیمی باید از كیفیت بالایی برخوردار باشد ، زيرا باید جایگزین ماده اصلی گردد .

- عملیات تمیزكاری : این عملیات شامل جداسازی مهارها ، سنگ زنی محل‌های اتصالات موقت، پاكسازی جرقه های جوش ، سرباره جوش و جمع آوری پوششهای محافظ و غیره می شود .

- رنگ آمیزی مجدد : در صورت لزوم پس از تمیزكاری، ناحیه تعمیر شده باید رنگ‌آمیزی گردد . همچنین قطعات ماشین آلات باید در صورت نیاز گریس كاری شوند.

- سرهم بندی : پس از تكمیل مراحل تجهیز مجددا" سرهم بندی می شود .

[spow 44197]

6) تست هیدروستاتیک سازه های جوشکاری شده فولاد زنگ نزن

 

بسیاری از سازه های جوشکاری شده به منظور اطمینان از قابلیت تحمل فشار کاری که برای آن طراحی شده اند، تحت تست هیدروستاتیک قرار می‌گیرند. این تست در صورتیکه به درستی اجرا نگردد، می‌تواند باعث ایجاد مشکلاتی شود. یکی از موارد مهم که باید در این تست مد نظر قرار گیرد، جلوگیری از ایجاد خوردگی در سازه، در اثر قرار گرفتن در شرایط حساس خارج از شرایطی که برای آن طراحی شده است، می‌باشد. علاوه بر خطراتی که می‌تواند خوردگی در سازه بوجود آورد، ایجاد آلودگی نیز می‌تواند یکی از پیامدهای این تست باشد که باید اجتناب گردد، به‌خصوص در مورد مخازنی که برای حمل مواد طراحی شده اند.

ایجاد خوردگی تاخیری در حین تست هیدروستاتیک و بعد از آن می‌تواند به سازه آسیب بزند. این موضوع در سازه‌های تولید شده از فولاد زنگ نزن٫ با توجه به حساسیت این نوع فولادها به خوردگی های تاخیری از حساسیت بیشتری برخوردار است. این آسیب ممکن است بعد از چند هفته یا چند ماه نمایان شده و ترمیم آن می‌تواند بسیار مشکل و هزینه بر باشد. هر چند اگر ملاحظات لازم رعایت گردد، تست هیدروستاتیک می‌تواند بدون ریسک اجرا گردد. این ملاحظات اساسا به کیفیت و نحوه فرآوری آب مورد استفاده در تست و چگونگی عملیات روی سازه بعد از تست وابسته است.

بسیاری از کدها و استانداردهای موجود راهنمایی های کلی در زمینه تست هیدروستاتیک سازه های ساخته شده از فولاد ضد زنگ ارائه کرده اند، اما متاسفانه علی رغم اهمیت موضوع و آسیبهایی که می‌تواند ایجاد نماید، هیچ استاندارد یا دستورالعمل جامعی در این زمینه وجود ندارد.

آسیبهای خوردگی که می‌تواند پس از تست هیدروستاتیک سازه های فولاد ضد زنگ ایجاد شود، ممکن است ناشی از یک یا ترکیبی از مکانیزمهای زیر باشد:

۱- خوردگی شیاری و حفره ای شدن

۲- ترک خوردگی تنشی

۳- خوردگی میکروبی

با توجه به شرایطی که می‌تواند باعث ایجاد و یا تشدید مکانیزمهای فوق گردد٫ در تست هیدروستاتیک سازه های فولاد ضد زنگ باید موارد زیر رعایت گردند:

- حذف و یا به حداقل رساندن شیارها در طراحی و ساخت سازه

- متمایل (شیب دار) کردن خطوط و اجزا افقی سازه جهت تخلیه خودبخودی و تامین تخلیه گاه کافی در نقاط بالایی و پایینی سیستم

- ایجاد جوشهایی با نفوذ کامل و کنترل دستیابی به آنها

- اجرای عملیات سطحی روی جوشها تا دستیابی به حداقل درجه کیفی B

- آماده سازی سطح II بر اساس دستورالعمل AS/NZS 1554.6:1994 . آماده سازی سطح را می‌توان توسط روشهاي زير انجام داد:

(الف) اسیدشویی

(ب) برس زنی با برس سیمی فولاد زنگ نزن

(ج) استفاده از سنباده یا ذرات ساینده با سایز #180 یا نرمتر

(د) پرج کردن با گاز خنثی

- استفاده از تمیزترین آب قابل دسترس- سختی گیری شده٫ آب مقطر٫ یا آب شرب. در صورتیکه تامین کننده آب شرب در دسترس نباشد٫ باید آب مورد استفاده جهت تعیین خورندگی آن٫ آنالیز شود. مقدار کلراید آب باید با توجه به نوع فولاد کنترل شده و خواص شیمیایی آن (سولفات٫ pH ) تنظیم گردد. همچنین باید آنرا تصفیه یا ***** کرده و به منظور جلوگیری از ایجاد خوردگی میکروبی٫ آنرا ضد عفونی نمود.

- کلر باقیمانده از عملیات ضد عفونی در آب ورودی به سیستم نباید از ppm2 برای ۳۰۴ و یا ppm 5برای ۳۱۶ تجاوز نماید.

- آب باید قبل از ورود به سیستم با عملیات مرحله ای فرآوری شده و در پایان گندزدا افزوده گردد.

- صرفنظر از کیفیت آب٫ باید بلافاصله پس از تست (ظرف مدت ۳ روز) سازه تخلیه و خشک شود و جهت اطمینان از خشک شدن کامل٫ درون آن بازرسی گرد- اگر کلراید باقیمانده در آب تخلیه شده کمتر از ppm0.2 باشد و یا آب حاوی لای و یا ذرات معلق باشد٫ باید سازه بلافاصله با آب ضدعفونی و فرآوری شده شستشو گردد.

[spow 44197]

7) جوشكاری فولادهای آستنیتی منگنز دار

 

فولادهای آستنیتی منگنز دار كه به فولادهای منگنزی هادفیلد Hadfield نیز موسوم هستند . بسیارچقرمه tough بوده و غیر مغناطیسی می باشند . معمولا" درجه حرارت تغییر حالت و سختی پذیری فولادهای كم آلیاژی توسط مقدار بالای منگنز پایین آورده می شوند و آوستینت تا درجه حرارت محیط نیز پایدار می ماند . این فولادها به استحكام بالا ، انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر سایش عالی، مشهور هستند و بصور مختلف ریختگی ، ورق ، سیم ، میله و غیره عرضه می‌شوند. قطعات ریخته شده یا نورد شده این گروه فولادها غالبا" بصورت كوینچ شده بكار می‌روند .

نكته جالب توجه اینكه برعكس اغلب فولادها این گروه از فولاد بعد از كوینچ یا سریع سرد شدن در آب چقرمه تر یا سمج تر می شوند. اما تحت عملیات حرارت دادن مجدد ترد می شوند. عملیات حرارتی معمول در فولادهای آستنیتی حرارت دادن و آوستینیته كردن حدود (1800 -1950F) 980 – 1060C برای مدت حدود 30 -20 دقیقه و سریع سرد كردن در آب است تا خواص مكانیكی مطلوب بدست آید . بالای این دما ساختار كاملا" آستنیتی می باشد.

در حین عملیات حرارتی به ویژه در درجات حرارت بالا ، لایه نازكی از سطح دكربوره و احتمالا" مقداری از منگنز هم می سوزد كه در حین سریع سرد شدن به‌صورت مارتنزیتی همراه با " ترك " های ریز در می آید كه از نظر خواص مكانیكی ضعیف بوده ولی خاصیت مغناطیسی دارد . این موضوع به‌ویژه در قطعات نازك و آنهایی كه تحت نیروهای خستگی زا قرار می گیرند، ممكن است قابل توجه باشد و در بعضی موارد ضرورت ایجاب می كند تا این لایه تراشكاری شود . این پدیده در حین برشكاری یا جوشكاری نیز ممكن است اتفاق بیفتد . تبدیل و تغییر فاز ممكن است در درجه حرارت ثابت در اثنای حرارت دادن مجدد در درجه حرارت بالای Alupper ایجاد شده و ساختاری شامل ورقه های كاربید و پرلیت بوجود آورد (كاربید در درجه حرارت C 593 - 538 (F 1100 - 1000 ) و پرلیت C 760- 538 (F 1400 -1000) ظاهر می‌شوند). تغییر فاز از مرزدانه ها شروع شده و تركیب شیمیایی تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی ساختار بوجود آمده دارد . به هر حال نتیجه این تغییرات كاهش استحكام و انعطاف پذیری است.

با توضیحات بالا می توان گفت كه تبدیل و تغییرات از درجه حرارت محیط تا C 482

(F 900 ) اتفاق نمی افتد. بنابراین باید توجه كرد كه قطعات جوش داده شده را نباید به هیچ‌وجه تحت عملیات حرارتی پس گرم یا تنش زدایی قرار داد . بطور كلی این فولاد نباید بالاي C 316 (F 600 ) تحت حرارت مجدد قرار گیرد ، مگر در شرایط خاص و زمان بسیار كوتاه . از طرف دیگر این فولادها شدیدا" تحت كار سرد، سخت می‌شوند. اگر قطعه ای كه تحت كار سرد قرار گرفته است، با حرارت دادن مجدد، مواجه شود، ترد شدن آن خیلی سریع تر اتفاق می افتد، چون نطفه های بیشتری برای تغییر فاز وجود دارد . این لایه نازك است و در ضمن حرارت دادن زیر قوس الكتریكی ذوب می شود ، اما در شرایطی كه كیفیت ویژه برای اتصال تقاضا شود، باید حتی المقدور این قشر كار سختی شده را با دقت سنگ زده یا تراشید .

ضریب انبساط حرارتی فولادهای آستنیتی منگنز دار شبیه فولادهای آستنیتی كرم – نیكل دار بوده و تقریبا" یك ونیم برابر فولادهای فریتی است كه خود مشكلاتی را از نظر تنش های حرارتی و انقباضی در حین گرم و سرد شدن بوجود می آورد . خواص مكانیكی این گروه فولادها بین C 204 تا 45- (F 400 تا 50- ) عالی است و به طور كلی برای موارد سایش بیشتر بكار می رود .

فقط روش های جوشكاری با قوس الكتریكی برای فولادهای منگنزی توصیه می‌شود، زیرا با توجه به توضیحات در مقدمه ، حرارت دادن مجدد این فولادها كه قبلا" سمج یا چقرمه شده، باعث از دست دادن شدید استحكام كششی و انعطاف پذیری آنها می‌شود ، بنابراین هر فرآیند جوشكاری كه تناوب طولانی حرارت داشته باشد، مناسب نیست (جوشكاری با گاز یا شعله). جوشكاری مقاومتی نیز بر روی فولادهای منگنز دار متداول می باشد.

از پیش گرم كردن قطعه فولاد آستنیتی منگنز دار قبل از جوشكاری اكیدا" باید پرهیز كرد . علاوه بر فلز اصلی قطعه كار فلز جوش رسوب داده شده نیز تحت حرارت دادن مجدد نباید قرار گیرد، هر چند این تاثیر ناشی از حرارت مجدد با بهسازی هایی كه در تولید فلز پر كننده یا الكترود پیش بینی شده، تا حدودی محدود است و فقط باعث ضخیم شدن مرزدانه ها می شود . بهسازی در الكترود یا مفتول جوشكاری شامل كاهش هر چه بیشتر كربن و افزودن بعضی عناصر كند كننده تبدیل فاز می باشد .

جوشكاری فولاد آستنیتی منگنزی به فولادهای دیگر ( كربنی و كم آلیاژی ) فقط با استفاده از فلز پركننده فولاد منگنزی امكان پذیر است و در صورتی كه با تفكیك صحیح جوشكاری كار شود. بهترین نتیجه وقتی حاصل می شود كه میزان فسفر در مفتول یا الكترود كمتر از 025/0% و منگنز بیش از 14 درصد و " میزان امتزاج " در لبه فولاد غیر منگنزی كمتر از 25 درصد باشد . در غیر این‌صورت ممكن است ترك برداشتن در جوش یا مجاور آن اتفاق افتد . هرگز نباید از مفتول یا الكترود فولاد كربنی یا كم آلیاژی در این موارد استفاده شود. بعضی جوشكارها مفتول فولاد ضد زنگ 308 را ترجیح می دهند. البته باید عمق نفوذ و میزان امتزاج پایین نگهداشته شود .

انواع گوناگونی از الكترود جوشكاری با تركیبات متفاوت برای جوشكاری این گروه فولادها تولید و عرضه می شود كه بعضی از آنها صرفا" برای عملیات سطحی رسوب‌دادن لایه سخت در مواضع تحت سایش زیاد مناسب است . جدول زیر خواص مكانیكی و تركیب شیمیایی چند نمونه فلز جوش رسوب داده شده با چند نوع مفتول بر روی فولاد آستنیتی منگنز دار نشان می دهد . خاصیت ضربه پذیری نمونه دیگری ازفلز جوش در جدول بعدی آورده شده است .

[spow 44197]

خواص مكانیكی و تركیب شیمیایی چند نمونه لز جوش از الكترودهای فولاد منگنزدار

 

[spow 44197]

خواص ضربه ای فلز جوش Ni - Mn *

 

[spow 44197]

• آنالیز تقریبی فلز جوش عبارتنداز:

 

C 0.75% , Mn 14.5% , P 0.021% , Si 0.65% , Ni 3.5% , Cr 0.4%

علیرغم بهبود در كیفیت الكترود جوشكاری برای این گروه فولادها ، توجه و مهارت در فرآیند جوشكاری و رسوب دادن فلز جوش و بعضی تاثیرات در منطقه مجاور جوش حائز اهمیت است .

الكترود با منگنز بالا صرفا" بمنظور پركردن مواضع سائیده شده بكار می رود و در مقابل الكترود منگنز مولیبدن دارای سمجی و چقرمگی كمتری است . معمولا" سازنده ها با توجه به سوختن و از دست رفتن بعضی عناصر آلیاژی در حین جوشكاری ، مقدار اضافی در تركیب الكترود یا مفتول پیش بینی می كنند، اما طبیعی است كه اگر جوشكاری با طول قوس زیاد از حدیابه هم زدن غیر معمول ( Pudding ) حوضچه جوش و یا عدم رعایت نكات دیگر انجام شود، مقدار اضافی سوختن موثر موجب تقلیل خواص و كیفیت فلز جوش رسوب داده شده می شود .

الكترودهای دستی فولاد منگنزی به صورت های گوناگون سیم آلیاژی پوشش دار ، سیم با عناصر آلیاژی در پوشش آن و لوله ای با عناصر آلیاژی در مغز آن تولید و عرضه می شود .

 

با توجه به مقدمه و توضیحات بالا می توان خلاصه روش جوشكاری و نكات مهم مربوطه برای حفظ كیفیت خوب در فلز جوش (استحكام و سمجی بالا ) را با الكترود دستی بصورت زیر خلاصه كرد :

 

1) جوشهایی كه یك یا هر دو جزء مورد اتصال ار فولاد آستنیتی هستند، باید از الكترودهای منگنزی یا ضد زنگ ( كرم – نیكل دار ) استفاده كرد .

2) از فرآیند جوشكاری با شعله یا اكسی استیلن استفاده نشود ، احتمال ایجاد تردی در فلز قطعه كار و جوش وجود دارد .

3) الكترود را باید در جای خشك نگهداری كرده و یا قبل از استفاده آنرا پخت یا خشك كرد .

4) رعایت نكات و دستورات سازنده الكترود در مورد قطب و نوع جریان الكتریكی مصرفی الزامی است.

5) تمیز كردن كامل رنگ ، چربی و آلودگی های دیگر از سطح و لبه مورد جوش

6) تا آنجا كه ممكن است قشر سطحی سخت شده در اثر كار سرد در مسیر جوشكاری برطرف شود، چون لایه مذكور دارای ساختار مارتنزیتی بوده و حساسیت زیادی در برابر تركیدگی دارد .

7) هر نوع عیب سطحی نظیر ذرات ماسه سوخته شده یا محبوس شده ، خلل و فرجهای انقباضی shrinkage porosity و تركیدگی ها باید قبل از جوشكاری برداشته شوند .

8) در تعمیرات مربوط به " تركیدگی " ، فلز اطراف " ترك " تا عمق آن برداشته شده و ابتدا و انتهای مسیر پیشرفت ترك را نیز با سوراخ كردن با جوش عرضی بست . البته این موضوع خیلی ساده هم نیست، چون انتهای عمق تركیدگی در قطعه را به راحتی نمی توان تشخیص داد .

9) كوبیدن peening)) بدون توقف بر روی فلز جوش در حالت گداختگی كمكی در كاهش تنش های داخلی انقباض در اثنای سرد شدن و تقلیل پیچیدگی می كند .

10) هرگز فولاد آستنیتی منگنز دار را با الكترود فولاد كربن یا كم آلیاژی نباید جوش داد .

11) حرارت داده شده به ازای هر اینچ باید در حد می نیمم ( با توجه به ایجاد جوش سالم ) نگهداشته شود حرارت داده شده در واحد طول را می توان با فرمول ساده زیر محاسبه كرد :

H = E.I.60 / S

S = سرعت پیشرفت جوشكاری (سانتیمتر در دقیقه)

I = شدت جریان (آمپر)

E = اختلاف پتانسیل قوس (ولت )

H = حرارت داده شده در هر سانتیمتر (ژول بر سانتیمتر )

 

درجه حرارت قسمت مجاور جوش پس از یك دقیقه رسوب فلز جوش C 316 (F 600) تجاوز نكند، كاربرد سیستم اندازه گیری درجه حرارت كار در حین جوشكاری مفید است.

باید این امكان وجود داشته باشد تا با دست فاصله 15 سانتیمتری (6 اینچی ) مسیر جوشكاری را در تمام لحظات لمس كرد . به خاطر داشته باشیم كه نفوذ حرارتی فولاد منگنزی 4/1 فولادهای كربنی است . در جوشكاری قطعات نازك و سبك دقت بیشتر در این امر لازم است . عواملی كه به كاهش حرارت داده شده در واحد طول كمك می كند عبارتند از :

الف - نگهداشتن طول قوسی كوتاه ( طول قوس زیاد ولتاژ را افزایش داده و حرارت را در سطح وسیع تر توزیع می كند ) .

ب – به هم زدن هر چه كمتر حوضچه جوش (بهم زدن جوش و یا حركت زیگزاگی) موجب بازیابی كمتر منگنز و كاهش سرعت پیشرفت جوشكاری می شود .

ج - پیش گرم كردن فولاد منگنزی مفید نیست ( انواع كم آلیاژی ممكن است در شرایط خاص كمی پیش گرم كرد).

د - استفاده از جوشهایی با طول كوتاه در قسمتهای مختلف بطور متناوب برای بهتر پخش شدن حرارت و عدم بالا رفتن درجه حرارت در یك نقطه

ه - تامین زمان كافی برای سرد شدن هر قسمت از جوش رسوب داده شده : گاهی می توان از آب نیز برای سرد كردن استفاده كرد، در صورتیكه دقت شود تا رطوبت به نقطه مورد جوش در پاس بعدی نرسد .

و - استفاده از مفتول یا میله هایی از فولاد منگنزی در مواردیكه نیاز به مقدار رسوب بالا است . این مفتول ها قبلا" در موضع جوش قرار داده می شوند و ذوب شدن و ادغام آنها در حوضچه جوش موجب سریع تر سرد شدن فلز جوش می شود .

[spow 44197]

استفاده از فرآیندهای نیمه خودكار و خودكار جوشكاری برای این گروه فولادها نیز متداول است ، در این فرآیند به الكترودهای مداوم نیاز است كه بصورت سیم های آلیاژی توپر یا لوله ها با محتوای مواد فلاكسی یا سرباره ساز و احیانا" عناصر تولید و عرضه می شوند . سیم های توپر در فرآیند های خودكار و نیمه خودكار معمولا" باریك است. بعضی از الكترودهای لوله ای با قوس باز به كمك محافظت گاز CO2 و یا مخلوط CO2 و آرگون بكار برده شده و برخی دیگر در فرآیند قوس زیر پودری و به كمك پوشش سرباره استفاده می شوند . یكی از بیشترین كاربرد جوشكاری بر روی فولادهای منگنزی پركردن مواضع سائیده شده به كمك رسوب فلز جوش است . معمولا" فلز جوش دارای همان تركیب شیمیایی فلز قطعه كار است ، هر چند در بعضی موارد لایه رسوب داده شده از مقاومت سایشی بیشتری برخوردار است . همانطور كه در اتصالات فولادهای منگنزی گفته شد، اینگونه كارهای سطحی و تعمیراتی نیز با روش قوس الكتریكی و تمركز حرارت هر چه بیشتر انجام مي گیرد تا پدیده " حرارت مجدد " و رسوب كاربید و بالاخره كاهش خواص مكانیكی اتفاق نیفتد .

در این موارد باید فرض كرد كه سطح سائیده شده در اثر كار ،سخت شده و اگر در منطقه حرارتی ناشی از جوشكاری قرار گیرد، احتمال ترك برداشتن آن بسیار زیاد است . برای اجتناب از این مشكل در زیر مجاور جوش، باید قبل از جوشكاری این لایه سخت شده را به كمك سنگ زدن یا برشكاری با قوس برداشت . همانطور كه قبلا" گفته شد باید سعی شود از فلز پركننده ای استفاده شود كه تطابق تركیب شیمیایی با فلز قطعه كار داشته باشد و جوش ها كوتاه و منقطع باشد ( پایین نگهداشتن حرارت داده شده در واحد طول ) . تصور اینكه فقط پایین نگهداشتن آمپر كافی است، اشتباه است . چه بسا با آمپر بالا و سرعت جوشكاری سریع می توان از پخش حرارت به اطراف و بالا رفتن درجه حرارت این مناطق جلوگیری كرد .

نكات گفته شده دیگر در مورد كوبیدن جوش یا استفاده از میله های فولاد منگنزی و یا عدم پیش گرم كردن در جوشكاری تعمیراتی نیز صادق است و از تكرار آنها خودداری می شود .

پیچیدگی قطعه پس از جوشكاری هم اغلب یكی از مشكلات می باشد . استفاده از گیره ها و نگهدارنده ها و یا بستن پشت به پشت دو فك خرد كننده و یا كوبیدن فلز رسوب داده شده گداخته و تدابیر دیگر می‌تواند موجب كاهش پیچیدگی و تغییر شكل شود .

به طور كلی رفع عیوب ریختگی قطعات فولاد منگنزی را باید پس از عملیات كوینچ كردن آنها انجام داد . زیرا در حالت ریخته شده as – cast بسیار ترد و شكننده بوده ممكن است در حین جوشكاری شكسته شوند . دیواره های كناری حفره های انقباضی باید چنان سائیده شود كه دارای شیبی برابر 15 درجه ( حداقل ) باشد .

[spow 44197]

8) حمله هیدروژنی در دمای بالا – HTHA

 

مكانیزمهای تخریب مواد كه با شرایط محیطی تشدید می گردند، در صنایع مختلفی به وقوع می پیوندند. یكی از این مكانیزمها حمله هیدروژنی در دمای بالاست كه می‌تواند باعث شكستهای بسیار مخربی گردد، لذا باید توجه ویژه ای در زمینه منشا حمله هیدروژنی، انتخاب مواد و به ویژه انتخاب روش بازرسی مناسب به منظور تشخیص به موقع و مراقبت وضعیت مناسب تجهیزات مستعد، حمله هیدروژنی صورت گیرد.

حمله هیدروژنی در دمای بالا در اثر واكنش بین هیدروژن اتمی با كربن و تشكیل متان اتفاق می افتد.

Fe3C+2H2-->CH4+3Fe

 

در دما و فشار بالا، هیدروژن اتمی به سرعت در دیواره مخازن تحت فشار نفوذ می‌كند. میزان فشار گاز متان تولید شده در اثر این واكنش، تابعی است از دما،فشار جزیی هیدروژن و شرایطی كه باعث ناپایداری كاربید می‌شود. فشار گاز متان باعث رشد حفرات از مناطق جوانه زنی آنها در راستای مرز دانه ها می‌گردد. در اثر تشكیل متان در فولاد، استحكام و چكش خواری آن كاهش می يابد. نرخ تخریب خواص ماده به فشار متان، نرخ خزش و نسبت مرزدانه های گسسته شده بستگی دارد. در دما و تنش بالا ممكن است مكانیزمهای حمله هیدروژنی و خزش با یكدیگر تركیب شوند، چرا كه هردو مكانیزم در اثر تشكیل و رشد حفرات در مرز دانه ها ایجاد می‌شوند. در یك دما و فشار جزیی هیدروژن مشخص، حمله هیدروژنی ابتدا در مناطقی اتفاق می‌افتد كه بیشترین ناپایداری كاربید را دارند. این مناطق اغلب ناحیه جوش و نواحی اطراف آن را شامل می‌شوند. در اغلب كاربردها رشد فشار جزیی هیدروژن به اندازه كافی بالا هست كه باعث پیشرفت حمله هيدروژنی در قسمت قابل توجهی از ضخامت قطعه شود. نتیجه این پدیده كاهش نسبتا شدید زمان رشد حمله هیدروژنی از سطح به نیمه ضخامت قطعه می‌باشد. بنابراین ما با یك كاهش قابل توجه در خواص ماده روبرو می‌شویم كه مي‌تواند باعث پارگی سریع باقیمانده ضخامت قطعه در اثر اعمال بار بیش از حد باشد، به‌خصوص وقتی كه علاوه براین كاربیدها ،ناپیوستگیها (عیوب) و نواحی با تنش بالا نیز وجود داشته باشند. در این نواحی، تنش بالا و تغییرات تنشی می‌تواند باعث ایجاد میكروتركها شده و نفوذ هیدروژن را با فشار عملیاتی به درون قطعه تسهیل نماید.

نتیجه این حالت ایجاد حمله هیدروژنی بصورت موضعی می‌باشد. در این حالت میكروتركها همانند ماكروتركها جهت گیری و رشد می‌كنند و در نتیجه تخریب تحت این شرایط ناشی از نشتی ایجاد شده در اثر رشد ترك خواهد بود. هرچند كه احتمال ایجاد شكست ناگهانی همواره وجود دارد.

 

[spow 44197]

9) فرآیند ساچمه زنی (Shot Peening)

 

ساچمه زنی یک فرآیند کار سرد است که در آن سطح قطعه توسط ذرات ریز نسبتا کروی (ساچمه) تحت ضربات شدید قرار می‌گیرد. هر گلوله ساچمه مانند یک چکش ضربه زنی کوچک عمل کرده و در سطح قطعه یک گودی یا فرورفتگی ایجاد می‌کند. برای تشکیل این گودی باید لایه سطحی فلز به نقطه تسلیم کششی خود برسد تا تغییر فرم پلاستیک ایجاد شود. در لایه زیرین سطح٫ ذرات فشرده شده سعی می‌کنند تا سطح را به حالت اولیه خود برگردانند که در نتیجه یک ناحیه نیم کروی از فلز کارسرد شده که تحت تنش فشاری شدیدی قرار دارد، ایجاد می‌گردد. با ادامه ساچمه زنی و همپوشانی فرورفتگیهای ناشی از برخورد ساچمه ها به سطح، یک لایه یکنواخت با تنش فشاری باقیمانده تشکیل می‌شود.

 

 

این موضوع روشن است که معمولا ایجاد و رشد ترکها در ناحیه تحت فشار ممکن نیست. از طرف دیگر تقریبا تمام ترکهای ناشی از خستگی یا خوردگی تنشی از سطح یا نزدیک سطح آغاز می‌شوند. در نتیجه قطعاتی که ساچمه زنی شده اند٫ دارای عمر کاری بیشتری در اینگونه شرایط می‌باشند. مقدار تنش فشاری باقیمانده در قطعه در اثر ساچمه زنی حداقل برابر نصف مقدار استحکام کششی ماده می‌باشد.

در اغلب فرآیندهای شکست زمانبر٫ عامل اصلی شکست٫ تنشهای کششی می‌باشند. این تنشها می‌تواند ناشی از اعمال بار خارجی و یا تنشهای باقیمانده در اثر فرآیند ساخت (مانند جوشکاری٫ سنگ زنی و ...) باشد. تنش کششی تمایل دارد تا ذرات تشکیل دهنده قطعه را از هم دور کند و لذا می‌تواند باعث ایجاد ترک شود. تنش فشاری باعث فشرده شدن مرز دانه های سطحی شده و شروع ترک را بمدت قابل ملاحظه ای به تاخیر می‌اندازد. از طرف دیگر از آنجایی که رشد ترک در ناحیه تحت فشار بسیار آهسته تر می‌باشد، هرچه عمق سطح فشرده شده بیشتر باشد میزان مقاومت به ترک بیشتر خواهد بود.

ساچمه زنی معمولا برای کاهش اثر تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری در فلزات استحکام بالا، سازه‌های تحت بارهای سیکلی و دینامیک و همچنین جوشکاری‌های ترمیمی قطعات، خصوصا مواقعی که امکان تنش زدایی وجود ندارد، کاربرد وسیعی دارد.

[spow 44197]

10) پسگرم در جوشكاری فولادهای A514/A514M

 

فولادهای A514/A517 یك گروه از فولادهای سازه كونچ و تمپر شده با تركیبی از خواص مكانیكی مناسب هستند. مهمترین این خواص، استحكام تسلیم بالا (حداقل استحكام تسلیم 90-100 ksi )، جوشپذیری و تافنس خوب در دماهای پایین می‌باشد. استفاده از این فولادهای پر استحكام باعث كاهش هزینه و افزایش راندمان می‌گردد. هرچند جوش پذیری این فولادها خوب است، اما برای ایجاد یك اتصال موفق باید به برخی نكات مهم توجه داشت. از جمله مهمترین این نكات عملیات پسگرم می‌باشد. منظور از عملیات پسگرم در این نوشتار، عملیات حرارتی پس از جوشكاری در دمای بالاتر از 370ºC و كمتر از دمایی است كه سازنده برای تمپر كردن این فولاد استفاده نموده است. بطور كلی این فولادها نباید تحت عملیات پسگرم قرار بگیرند، چرا كه ممكن است در اثر این عملیات، تافنس در ناحیه جوش و HAZ كاهش یافته و یا ترك در قطعه ایجاد شود.

عناصر آلیاژی كه برای دستیابی به استحكام و تافنس بالا در این فولادها بكار رفته در اثر عملیات پسگرم تاثیر عكس بر خواص خواهند داشت. عملیات پسگرم برای این فولادها-مانند سایر فولادها- تنها زمانی می‌تواند انجام شود كه از مفید بودن آن اطمینان حاصل شده و آثار مخرب احتمالی آن قابل كنترل باشد.به هرحال در برخی موارد لزوم اجرای عملیات پسگرم غیر قابل انكار است. بخصوص در مواردی كه امكان ایجاد ترك یا ترك خوردگی تنشی (SCC) در اثر تنشهای باقیمانده از جوش یا كار سرد روی قطعه وجود داشته و یا تافنس قطعه در اثر جوشكاری یا كار سرد كاهش یافته باشد. در این گونه موارد باید بررسی دقیقی صورت گیرد تا بتوان عملیات پسگرمی موفق و با كمترین احتمال آسیب اجرا كرد.

نتایج تستهای ضربه انجام شده نشان می‌دهد كه عملیات پسگرم در محدوده دمایی 510-650ºC می‌تواند باعث آسیب به تافنس فلز جوش و ناحیه HAZ گردد. میزان این آسیب به تركیب شیمیایی، دمای عملیات و مدت زمان قرار گرفتن قطعه در آن دما بستگی داشته و اثر مخرب آن با كاهش سرعت سرد كردن افزایش می‌يابد.

همچنین هنگامی كه جوش این فولادها تحت عملیات پسگرم بالاتر از 510ºC قرار می‌گیرد- مانند بسیاری فولادهای دیگر- ممكن است در ناحیه درشت دانه شده HAZ تركهای بین دانه ای ایجاد شود. تركهای بین دانه ای كه در اثر تنش بالا ایجاد می‌شوند، اغلب در مراحل اولیه عملیات پسگرم اتفاق می افتند. امكان ایجاد این تركها با افزایش میزان مهار جوش (Weld Restraint) و شدت تمركز تنش بالا می‌رود. عناصر كرم، مولیبدن و وانادیوم عوامل اصلی در ایجاد این تركها هستند، ولی عناصر كاربیدزای دیگر نیز به این قضیه كمك می‌كنند. رسوب كاربیدها 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 به طور كاملتر توضیح داده شده است. این تركها به نام تركهای بازگرمایشی (Reheat Crack)، تركهای آزادكننده تنش (Stress Relife Crack) و تركهای تنشی (Stress Rapture Crack) شناخته می‌شوند. برای كاهش احتمال ایجاد این تركها در مواردی كه انجام پسگرم الزامی باشد، می‌توان از روشهای زیر استفاده كرد:

1- رعایت دقیق میزان پیشگرم و كنترل حرارت ورودی حین جوشكاری با استفاده از تكنیكهای مناسب

2- انتخاب طرح اتصال، محل جوشكاری و ترتیب آن به گونه ای كه میزان مهار‌بودن جوش به حداقل برسد.

3- طراحی اتصال و شكل گرده نهایی به گونه ای كه حداقل تمركز تنش ایجاد شود.

4- استفاده از فلز جوشی كه استحكام آن در دمای عملیات پسگرم كمتر از استحكام ناحیه HAZ فلز پایه باشد.

5- پوشش دادن و یا لایه كشی ناحیه پنجه جوشهای گوشه توسط یك یا چند لایه جوش بصورت حلقه زنجیری: برای این كار باید از فلز جوش با استحكام كم استفاده شود.

6- چكش زنی ناحیه جوش به منظور كاهش تنشهای پسماند در آن

 

لازم به ذكر است كه اجرای هیچكدام از موارد فوق به تنهایی یا بصورت تركیبی متضمن حذف كامل احتمال ایجاد ترك در موارد عملی نمی‌باشد، بلكه تنها كاهش دهنده این احتمال است.

درصورت اجرای عملیات پسگرم، دمای آن نباید از دمای تمپرینگ تولید كننده فلز بالاتر باشد. پسگرم در دمایی حدود 10ºC كمتر از دمای تمپرینگ تولید كننده از كاهش استحكام فولاد جلوگیری می‌كند. همچنین توصیه می‌شود كه قطعات جهت بررسی وجود ترك قبل و بعد از عملیات پسگرم تحت تستهای غیر مخرب قرار گیرند.