بررسی کیفیت اتصال در فرآیند جوشکاری انفجاری

[soheiiil 24251]

مقدمه

در فرآیند جوشکاری انفجاری1 از هیچ گونه واسطه و گرمای خارجی استفاده نمی شود و عمل نفوذ در طول فرآیند اتفاق نمی افتد. اگر چه این حالت انفجاری گرمای قابل ملاحظه ای ایجاد می کند، ولی برای انتقال حرارت به فلزات تشکیل دهنده زمانی باقی نمی ماند؛ بنابراین افزایش درجه حرارت چشمگیری در فلزات به وجود نخواهد آمد و این امر عدم وجود منطقه متاثر از حرارت را در این فرآیند درپی خواهد داشت. همچنین در طی این فرایند،ریزساختار، خواص مکانیکی و نیز خواص خوردگی اولیه اجزاء حفظ خواهد شد.

این روش برای اولین بار، در جنگ جهانی اول در اثر جوش خوردن ترکش های ناشی از متلاشی شدن پوسته فلزی گلوله ها و بمب ها به بدنه جنگ افزارها کشف شد، این حوادث شروعی بر مطالعات در زمینه جوشکاری انفجاری در دهه 1960 میلادی بود. در طول این سال ها فرایند جوشکاری انفجاری در رنج وسیعی از حالت های جوشکاری نظیر جوش های نقطه ای در مقیاس میکرونی برای صنایع الکتریکی، جوش لب به لب لوله ها برای صنایع انتقال گاز، شکل دهی و روکش دهی هم زمان قطعات و ... توسعه یافت.

شکل 1- فصل مشترک موجی شکل ناشی از جوشکاری انفجاری.

فصل مشترک بین دو جزء در جوشکاری انفجاری تقریباً همواره در مقیاس میکرون به صورت موجی شکل می باشد که این فصل مشترک موجی شکل، در نتیجه محصور شدن و سیلان دو ماده در یکدیگر و نیز امواج ناشی از انفجار حاصل می شود (شکل 1)؛ البته با کنترل متغییرهای فرآیند می توان حتی فصل مشترکی صاف داشت. با انتخاب مناسب پارامترهای جوشکاری انفجاری، ناحیه پیوندی را می توان به گونه ای تغییر داد که شرایط برای ایجاد محصول مورد نیاز فراهم گردد.بررسی کیفیت اتصالکیفیت جوش انفجاری وابسته به ماهیت فصل مشترک و اثرات انفجار بر روی خواص اجزای فلزی می باشد. تاثیرات جوش بر روی خواص فلزی نظیر استحکام، سختی و شکل پذیری را می توان به وسیله مقایسه نتایج تست های کشش، ضربه، خمکاری و خستگی جوش و مواد جوشکاری شده مشخص کرد. کیفیت پیوند جوش با تست های مخرب و غیر مخرب قابل تشخیص است. این تست ها می بایست منعکس کننده شرایط دوام جوش در طول سرویس دهی باشند.1- تست های غیرمخرب به موجب ماهیت جوش های انفجاری، بازرسی های غیرمخرب عموماً با روش آلتراسونیک انجام می گیرد. بازرسی از طریق رادیوگرافی تنها برای جوش هایی قابل کاربرد یا عملی می باشد که بین فلزات اختلاف چشمگیری در چگالی وجود داشته باشد و یا دارای اشتراکی با الگوی موجی بزرگ باشند.بازرسی آلتراسونیکبازرسی آلتراسونیک، به صورت گسترده ای در روش غیرمخرب برای آزمایش جوش های انفجاری مورد استفاده قرار می گیرد. از طریق روش آلتراسونیک استحکام جوشی نمی توان مورد ارزیابی قرار داد، اما به کمک آن می توان به سلامت جوش پی برد. تکنیک های پالس - اکو معمولاً برای فولادهای روکش کاری شده در مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد. یک فرکانس آلتراسونیک با گستره MHz 10-5/2 معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد. الزاماتی برای ایجاد امپدانس صوتی فلزات گوناگون نیاز است. ابزارهای آلتراسونیک می بایستی براساس نمونه های استاندارد که حاوی هردو مورد پیوند یافته و نواحی غیر پیوند یافته شناخته شده هستند کالیبره شوند.بازرسی از طریق رادیو گرافی رادیو گرافی می تواند در بازرسی جوش های انفجاری موادی که دارای اختلاف قابل توجهی از نظر چگالی هستند و همچنین دارای اندازه موج به مقدار کافی بزرگ، به نحوی که روی یک پوتونگار قابل رویت باشند، مورد استفاده قرار گیرد. عکس های رادیوگرافی، نواحی مختلف از ورق ها را به طور کامل نشان می دهند. عکس های رادیوگرافی عمود بر سطح از طرف فلز با دانسیته بالاتر گرفته می شوند. فیلم می بایست در تماس نزدیک با سطح، روی وجه کم دانسیته قرار گیرد. عکس های رادیو گرافی می توانند یک فصل مشترک موجی شکل به صورت خطوط فاصله دار سیاه و سفید یکنواخت ترسیم کنند. در ادامه، تعداد امواج در واحد طول شمرده می شود و کیفیت جوش به واسطه تست های مخرب قبلی بر حسب اندازه موج مشخص می گردد. علاوه بر آن نواحی که هیچ گونه الگوی موجی ندارند ترسیم می گردند، که در واقع نشان دهنده یک فصل مشترک جوشی تخت و یا عدم جوش خوردگی می باشند. 2- تست های مخرب تست های مخرب برای شناسایی استحکام جوش و تایید فرایند بر روی خواص فلزات پایه مورد استفاده قرار می گیرد. تکنیک های تست استاندارد را می توان مورد استفاده قرار داد اما با این وجود تست های طراحی شده به شکل مخصوص مورد نیاز است تا استحکام پیوند برای برخی پیکربندی ها مورد شناسایی قرار گیرد.آزمایش قلم2به طور گسترده جهت تعیین یکپارچگی و بی عیبی اتصال جوش انفجاری به کار می رود. این تست به کمک کوبش یک قلم بر سطح فصل مشترک ودر امتداد آن انجام می گیرد. توانایی فصل مشترک در مقاومت به انفصال در برابر نیروی اعمالی، میزان استحکام فصل مشترک را نشان می دهد.آزمایش های متالوگرافی :متالوگرافی می تواند اطلاعات مفیدی درباره کیفیت جوش های انفجاری ارائه می دهد. نمونه متالوگرافی باید به نحوی انتخاب شودکه فصل مشترک بتواند روی سطح موازی با جهت انفجار و عمود بر سطح قطعه جوشکاری شده مورد آزمایش قرار بگیرد. یک الگوی موجی شکل گرفته معمولا نشان دهنده یک جوش خوب است. بسته به ترکیب مواد مورد ارزیابی، شدت و فرکانس موج می تواند تا حدی بدون تاثیر قابل توجه روی استحکام جوش تغییر کند. حباب های کوچک و مجزا ذوب ناشی از جریان گردابی جت معمولا برای کیفیت جوش زیان آور نیستند. حباب های ذوبی بزرگ شامل حفرات یا حتی میکرو ترک ها در ناحیه گردابی نشان می دهند که زاویه برخورد و انرژی بیش از حد بالا بوده و چنین جوشی یک جوش ضعیف محسوب می شود. نمونه آزمایش متالوگرافی می بایست از یک ناحیه انتخاب شود که بر کل جوش دلالت داشته باشد. لذا لبه های قطعه ممکن است به همین دلیل برای انجام آزمایش مناسب نباشد.

آزمایش کششی – برشی3 این تست برای تعیین مقاومت برشی جوش به کار می رود. پیکر بندی نمونه تست در شکل 2 نشان داده شده است. طول ناحیه برش (d) می بایست به نحوی انتخاب شود که تنها خمش اندکی یا هیچ گونه خمشی در دیگر قسمت ها رخ ندهد. شکست نمونه تست می بایست به واسطه برش، به موازات خط جوش رخ دهد. چنانچه شکست در فلز پایه اتفاق بیفتد استحکام برشی جوش به طور مشهودی بزرگتر از استحکام فلز پایه است. در هر صورت نتایج تنها برای مقایسه با استفاده از یک نمونه تست مشترک مورد استفاده قرار می گیرد.

شکل 2 - پیکر بندی نمونه تست کششی – برشی.

آزمایش کششیک تست کشش رم4 ویژه یا گسیختگی حلقه ای می تواند به منظور ارزیابی استحکام کششی جوش های انفجاری مورد استفاده قرار گیرد. همانگونه که در شکل 3 نشان داده شده است نمونه به نحوی طراحی شده است که تابعی از فصل مشترک جوش نسبت به بارگذاری کششی باشد. ناحیه مقطع عرضی نمونه بین قطر های خارجی و داخلی به صورت حلقوی است.

شکل 3 - نوعی رم یا پیکر بندی نمونه تست گسیختگی حلقه ای.

نمونه دارای محدوده کوچکی از طول است که به منظور ایجاد شکست به طور آنی در فصل مشترک جوش یا ناحیه مجاور انتخاب شده است. چنانچه شکست در یکی از نواحی فلز پایه رخ دهد آزمایش نشان می دهد که جوش قوی تر از فلز پایه است.تست به واسطه جایگذاری نمونه روی بلوک پایه یا رم در سوراخ هدایت می شود، در ادامه یک نیروی مقایسه ای در طول رم و پایه اعمال می شود. نیرو در لحظه شکست ثبت می شود.آزمایش صفحات پوششی : ملزومات صفحات فولاد کربنی پوشش داده شده (توسط فرآیند انفجاری) با مس، فولاد های زنگ نزن یا آلیاژهای نیکل در استانداردهایASNI/ASTM 5 به طور مناسب پوشش داده شده است. این استاندارد ها اصولاً در مورد به کارگیری تست های خمش و برش به منظور تعیین استحکام قطعه می باشد