عملیات حرارتی درجوشکاری

خلاصه ای از جوش پذیری فولاد ساده کربنی کم کربن (ST – ۳۷ Low Carbon Steel Weld ability )
درصد عناصر آلیازی موجود در فولاد (ST37 ) به قرار حداکثر ۲/۰ درصد کربن ،حداکثر ۶/۱ درصد منگنز و ۶/۰ درصر سیلیسیم می باشد
فولاد های ساختمانی مثل(ST 37) دراین خانواده قرارداشته و به طور صد درصد با کلیه روش ها قابل جوشکاری بوده بگونه ای که نیاز به عملیات حرارتی قبل وی بعر از جوشکاری ندارد .جوشکاری این فولادها با کلیه الکترود ها و سیم جوشهای فولادی کربنی و کم آلیاز امکان پذیر است . در استاندارد AWS و ASME شماره ۹ تمام پرکننده هایی که در طبقه بندی های SFA-5.17, SFA-5.5, SFA-5.2, SFA-5.1 SFA-5.28, SFA-5.26, SFA-5.25, SFA-5.23, SFA-5.20, SFA-5.18 , قرار دارند .برای جوشکاری دو قطعه فولاد کم کربن بدون هیچ مشکلی قابل استفاده هستند.

خلاصه ای از جوش پذیری فولاد ساده کربنی با کربن متوسط (CK – ۴۵ Medium Carbon Steel Weld ability )
میزان کربن این فولاد اغلب بین ۲/۰ تا ۵/۰ درصد است .برای جوشکاری فولاد Ck45)) به عملیات حرارتی پیشگرم کردن(Preheat)
و پسگرم کردن (PWHT) (تنشگیری ) نیاز است .
وقتی درصد کربن فولاد بیشتر از ۲/۰ درصد و درصد منگنز ان بیشتر از ۱ درصد است ( یعنی فولاد با کربن متوسط)
باید برای جوشکاری به نکات زیر توجه کنیم.
۱ – استفاده از الکترود یا مواد مصرفی کم هیدروژن (Low Hydrogen) با روپوش های قلیای و خشک مثل الکترود های ۷۰۱۸ :SFA-5.1.
2 – پیشگرمایی قبل از جوشکاری به خصوص در مورد فلزات ضخیم به علت سریع سرد شده در حدود ۴۰۰ الی ۱۰۰ درجه سانتیگراد.
۳ _ کنترل درجه حرارت بین پاس ها (Inter Pass Temperature) به خصوص فلزات ضخیم .
۴ _ پس گرمایی برای تنش گیری بعد ار جوشکاری حدود ۵۴۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲۵ دقیقه بازای هر یک سانتیمتر ضخامت قطعه.
۵ — انتخاب طرح اتصال صحیح.
۶ – انتخاب صحیص قطر الکترود یا سیم جوش مصرفی ، شدت جریان و ولتاز جوشکاری با توجه به ضخامت فلز پایه.

آزمایش فولاد ST37
برای انجام این آزمایش ۳ نمونه فولاد ساده کربنی کم کربن (ST37) (2/0 درصد کربن )(Low Carbon Steel )
نمونه شماره ۱ . Sample Number one

تک پاسه بدون عملیات حرارتی ( Single Pass Welding , With out Heat Treatment)
ابتدا نمونه ها را طبق اندازه های معین شده برش می دهیم بعد از انجام عملیات سنگ زنی نمونه را به شکل لب به لب (Butt weld ) و یا شیاری (V)شکل یا جناقی (V-Groove) آماده می کنیم و برای آن یک پاس جوش می زنیم .بعد از اینکه جوشکاری قطعه(نمونه) تمام شد اجازه می دهیم. نمونه در هوا سرد شود بعد از سرد شدن ، نمونه را توسط اره از وسط برش می دهیم .نمونه بریده شده را سنگ زنی می کنیم تا گوشه های تیز و خطوط عمیق حاصل از اره محوشوده.بدین ترتیب از خراب شدن سنباده ها و صفحه ی پولیش جلوگیری شود.پس از سنگ زنی وحذف خطوط عمیق ونا همواری های اولیه آن را روی سمباده قرار داده وسمباده زنی را انجام می دهیم.سمباده ها شماره های مختلفی دارن و هر شماره اثر مخصوص خودش را روی قطعه کار می گذارد حذف خطوط عمیق و نا همواری آن را روی سمباده ۶۰ قرار داده وسمباده زنی را انجام می دهیم. سپس عملیات سنباده زنی را روی سنباده های (۱۸۰-۴۰۰-۶۰۰-۱۰۰۰-۱۵۰۰-۲۵۰۰-۳۰۰۰)انجام میدهیم .هر چقدر سنباده نرم ترباشد فشردن نمونه روی آن آسان تراست .با تغییر سنباده باید جهت سنباده زنی ۹۰ درجه تغییر کند .و عمل سنباده زنی باید تا زمانیکه خطوط قبلی از بین رفته و خطوط سنباده جدید به وجودآید.قبل از تغییر سنباده باید نمونه شسته شده تا ذرات حاصل از مرحله قبل از سطح قطعه جدا شده باشد .البته در صورتی که سنباده زنی همراه با جریان اب باشد دیگر نیاز به شستشوی نمونه نیست بعد از اتمام سنباده زنی قطعه راروی نمد می کشیم تا سطح آن صاف و براق باشد.

پولیش : حساس ترین و مهمترین مراحل آماده سازی برای آزمایش متالوگرافی پولیش کردن است .و پولیش را زمانی انجام می دهیم که سطح نمونه کاملاً صاف و صیقلی باشد .پولیش برای از بین بردن خطوط نهایی سنباده استفاده می شود .

اچ :

هدف از اچ کردن قابلیت رویت ساختن خیلی از ویژگی های ساختاری فلز یا آلیاز است .فرایند باید طوری باشد که قسمتهای مختلف ساختار میکروسکوپی را بتوان به وضوح تشخیص داد .این کار با استفاده ار معرفی های مناسب از محلول اچ پیکرال انجام می گیرد که معرض سطح پولیش شده واکنش شیمیای نشان می دهد . نمونه مورد نظررادر داخل محلول اچ به مدت معین حرکت می دهند سپس با اب و الکل سطح آن راتمیز می کنند این روش معمولا برای اچ میکروسکوپی انجام می شود. اچ از قدیمی ترین و متداولترین روشهای اچ کردن می باشد در این روش واکنش بین محلول اچ و نمونه استفاده شده می باشد .و هیچ جریان خارجی مورداستفاده قرار نمی گیرد .محلول اچ بایدبراساس نوع متریال انتخاب شود .
زمان اچ کردن به عواملی همچون : (ساختار –نوع محلول اچ و غلظت محلول بستگی دارد).

 آماده سازی نمونه
آماده سازی نمونه متالوگرافی را تا حد زیادی می توان یک هنر دانست معمولا در آزمایشگاه های مختلف از شیوه های متفاوتی برای آماده سازی نمونه استفاده می شود با توجه به اینکه فلزات از نظر سختی و بافت با یکدیگر متفاوت هستند از این رو با توجه به نوع فلز مورد آزمایش روش آماده سازی نمونه ممکن است کمی متفاوت باشد ولی بصورت کلی عملیات آماده سازی نمونه ها مشابه می باشد. برای آشنایی با فرایند آماده سازی یک نمونه متالوگرافی روش رایج در مورد آهن و فولاد مورد بررسی قرار می گیرد.
شرح :
یک نمونه کوچک که از یک قطعه فولادی جدا شده را در نظر بگیرید که یک سطح تخت مناسب در یک طرف این نمونه بوسیله اره کردن و سنگ زنی آمده شده است روش معمول اینست که این نمونه در یک قرص پلاستیکی با قطر یک اینچ ۲۵ میلیمتر و ضخامت یک دوم اینچ نصب می شود به طوری که سطحی از نمونه که قرار است پولیش شود در یک طرف دیسک قرار بگیرد .دریک روش برای تولید این قرص نمونه در داخل یک قالب ساده استوانه ای قرار داده شده و سپس رزین اپوکسی مایع در داخل قالب ریخته می شود این مراحل به چهار مرحله مختلف طبقه بندی می شود :

1.       سایش نرم

2.       پرداخت خشن

3.       پرداخت نهایی

4.       اچ کردن

در سه قسمت اول هدف اصلی کاهش ضخامت لایه تغییر شکل یافته زیر سطح نمونه است عملیّات برش سنگ زنی و سایش فلز نزدیک به سطح را به شدت تغییر شکل می دهند ساختار واقعی فلز تنها زمانی آشکار می شود که لایه تغییر شکل یافته کاملا از روی سطح برداشته شود چون هر مرحله از آماده سازی نمونه نیز به خودی خود باعث تغییر شکل در سطح می شود ، بنابراین در هر مرحله باید از ساینده های نرم تر از قبلی استفاده شود هر ساینده سبب جدا شدن لایه تغییر شکل یافته ناشی از مرحله قبل می شود در حالی که همین ساینده ، یک لایه اعوجاج یافته با عمق کمتر نیز تولید می کند
نمونه گیر:نمونه تهیه شده برای مطالعات متالوگرافی با میکروسکوپ، کوچک بوده وتا قبل از رسیدن به بررسی های میکروسکوپی کارهای زیادی بر روی آن صورت می گیرد . بنا بر این لازم است که نمونه توسط یک نمونه گیر طوری تحت کنترل و ثابت باشد که کار کردن بر روی آن با سهولت انجام شود . جنس نمونه گیر ها معمولا از فولاد نرم ، فولاد ضد زنگ ، آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای مس می باشد.
میکروسکوپ :
(مطالعه میکروسکوپی ویژکی های ساختاری یک فلز یا یک آلیاژ ) با میکروسکوپ می توان اندازه دانه ها و اندازه ، شکل توزیع فاز های مختلف و ناخالصی ها یی را که روی خوص مکانیکی یک فلز تاثیر دارند تعیین کرد . ساختار میکروسکوپی ، عملیات مکانیکی و حرارتی یک فلز را آشکار می کند و حتی می توان رفتار مورد نظر آن را تحت شرایط معینی پیشگویی کرد .
تجربه نشان داده است که موفقیت در مطالعات میکروسکوپی بیشتر به توجهی که در آماده سازی نمونه مبذول می شود بستگی دارد .
میکروسکوپ ها ساختار میکروسکوپی نمونه ای که ضعیف آماده سازی شده آشکار نخواهد کرد .روش آماده سازی یک نمونه نسبتاً ساده است و به تکنیکی مربوط می شود که فقط با تمرین مداوم توسعه یافته است . بعد از آماده سازی ، در نهایت چیزی که بوجود می آید یک سطح صاف آینه و بدون خراش است .
نمونه متالوگرافی :یک نمونه متالوگرافی مطلوب برای مطالعات میکروسکوپی و ماکروسکوپی ساختار ، به درستی و با دقت انتخاب شده و از سطح مناسبی برخوردار است به منظور بررسی دقیق تر جزئیات ساختاری ، لازم است که سطح نمونه عاری از هر گونه تغیرات ناشی از عملیات نمونه برداری و آماده سازی نمونه بوده ، فاقد هر گونه لکه ، خراش و تغییر شکل باشد . در مواردی خاص نیز باید لبه یا نوک نمونه ها محافظت گردد . تهیه و آماده سازی نادرست و نامناسب می تواند به نتایج غلط منجر گردد.
معرف اچ برای بازرسی میکروسکوپی

.

معرف اچ	ترکیب	موارد مصرف	ملاحظات
اسید نیتریک(نایتال)	اسید نیتریک سفید    ۱-۵ ml الکل اتیلیک یا متیلیک (۹۵%یا خالص )   ۱۰۰ml	در فولادهای کربنی : ۱-برای تیره کرده پرلیت و ایجاد کنتراست مابین تجمع های پرلیت ۲-برای ظاهر کردن مرز های فریت  ۳- برای تشخیص فریت از مارتنزیت	میزان اچ افزایش می یابد .با افزایش در صد HNO 3 به طور انتخابی کاهش می یابد .مدت اچ چند ثانیه تا ۱ دقیقه است .
اسید پیکریک (پیکرال )	اسید پیکریک          ۴gr	برای کلیه رده های فولاد های کربنی : بازپخت شده ، نرمالیزه شده ، کوئنچ و برگشت داده شده ، کروی شده ، آستمپر شده ، برای کلیه فولاد های کم آلیاژ که این معرف تاثیر دارد.	گاهی اوقات محلول های بسیار رقیق مفید است .نیتال به اسانی مرز دانه های فریت را ظاهر نمی سازد . مدت اچ چند ثانیه تا ۱ دقیقه بیشتر
اسید هیدرفلوریک	اسید هیدرفلوریک غلیظ                ۰/۵ml آب  ۹۹/۵ ml	برای آلومینیم و آلیاژ های آن	با کتان نرم به مدت ۱۵ ثانیه خیش شود .
کلرید فریک و اسید هیدروکلریک	کلرید فریک     ۵gr اسید هیدروکلریک     ۵۰ml آب       ۱۰۰ml	ساختار نیکل آستنیتی و فو لاد های ضد زنگ

نمونه شماره ۲ (Sample Number Two )
(Double Pass Welding – V –Groove – With Heat treatment )

ابتدا هر دو طرف نمونه را بازاویه ۳۵٫۷(۲٫۵±) با سنگ پخ میزنیم نمونه را در کنار یکدیگر قرار می دهیم به طوریکه پاس ریشه یا
(Root Pass) آن (۱ الی ۲ میلی باشد .) و بعد از ابتدا و انتها یک خال جوش (Tack weld) میزنیم که نمونه را ثابت نگه دارد .بعد از این مراحل نمونه را در داخل کوره در دمای ۳۵۰درجه سانتیگراد پیشگرم می کنیم .هنگامی که دمای داخل کوره به دمای تنظیم شده رسید .نمونه را با استفاده از انبرمخصوص از کوره درمی آوریم و بلافاصله ۲ پاس جوش میزنم (Double pass weld) و سپس قطعه جوشکاری را به داخل کوره برمی گردانیم و دردمای ۳۵۰درجه سانتیگراد پسگرم می کنیم .و می گذاریم در داخل کوره سرد شود .
نمونه شماره ۳ (Sample number three )
Multi Pass welding with out Heat Treatment))
نمونه را به شکل V-Groove آماده میکنیم .در این نمونه پاس ریشه (Root Pass ) باید (۲ الی ۳ میلی ) باشد . از ابتدا و انتهای نمونه خال جوش می زنیم .و ۳ پاس جوش روی نمونه انجام می دهیم (multi pass weld ) این نمونه بدون پیشگرم(Preheat) و پسگرم (PWHT)
می باشد و بعد از جوشکاری نمونه در هوا سردمی شود و بعد توسط اره از سه قسمت بریده و طبق مراحل گفته شده نمونه برداری را انجام می دهیم .

آزمایش فولاد CK45
برای انجام آزمایش فولاد جوشکاری شده CK45 در سه فرآیند به شرح زیر می باشد .
سه نمونه آماده بریده شده از فولاد CK45 را انتخاب می کنیم وبرروی هرنمونه آزمایش مختلفی انجام می دهیم .
نمونه شماره ۱ (Sample Number one)

نمونه را به شکل لب به لب (Butt weld ) و یا شیاری (V)شکل یا جناقی (V-Groove) آماده می کنیم و برای آن یک پاس جوش می زنیم.
این نمونه بدون عملیات حرارتی می باشد بعد از اینکه جوشکاری نمونه کامل شد می گزاریم در هوا سرد شود .بعد همان مراحلی که در فولاد ST37 انجام دادیم برای فولاد CK45تکرار خواهیم کرد .مراحلی از قبیل (برش نمونه –سنگ زنی – اماده سازی – پولیش – اچ –ساختار میکروسکوپی )
نمونه شماره ۲ (Sample Number Two)

(Double Pass welding With Heat treatment )
ابتدا هر دو طرف نمونه را بازاویه ۳۵٫۷(۲٫۵+-) با سنگ پخ میزنیم نمونه را در کنار یکدیگر قرار می دهیم به طوریکه پاس ریشه یا
(Root Pass) آن (۱ الی ۲ میلی باشد .) و بعد از ابتدا و انتها یک خال جوش (Tack weld) میزنیم که نمونه را ثابت نگه دارد .بعد از این مراحل نمونه را در داخل کوره در دمای ۳۵۰درجه سانتیگراد پیشگرم می کنیم .هنگامی که دمای داخل کوره به دمای تنظیم شده رسید .نمونه را با استفاده از انبرمخصوص از کوره درمی آوریم و بلافاصله ۲ پاس جوش میزنم (Double pass weld) و سپس قطعه جوشکاری را به داخل کوره برمی گردانیم و دردمای ۳۵۰درجه سانتیگراد پسگرم می کنیم .و می گذاریم در داخل کوره سرد شود.

نمونه شماره  ۳                                                                        (Sample number three )

Multi Pass welding with out Heat Treatment
نمونه را به شکل V-Groove آماده میکنیم .در این نمونه پاس ریشه (Root Pass ) باید (۲ الی ۳ میلی ) باشد . از ابتدا و انتهای نمونه خال جوش می زنیم .و ۳ پاس جوش روی نمونه انجام می دهیم (multi pass weld ) این نمونه بدون پیشگرم(Preheat) و پسگرم (PWHT)
می باشد و بعد از جوشکاری نمونه در هوا سردمی شود و بعد توسط اره از سه قسمت بریده و طبق مراحل گفته شده نمونه برداری را انجام می دهیم .

Hardness of Steel ST 37 and CK45

سختی سنجی فولاد (ST -37 )

سختی سنجی فولاد (Ck -45 )



ناحیه ی ذوب جزئی (PMZ)

بخش دوم : جدایش مرزدانه ها یکی از خطر ناک ترین مشکلاتی است که در (PMZ) مشاهده می شود و متاسفانه جدایش مرز دانه ای خواص مکانیکی فلز جوش را کاهش می دهد . که ذوب و برگشت دادن مواد جامد در امتداد مرز دانه ها که در دیاگرام نشان می دهد .
(ناحیه ی سیاه و تاریک است (Eutectic).)و یک ناحیه ی سیاه روشن هست (a-Al-rich)که یک نوار در امتداد مرز دانه ها (GB)
که اینها مرز دانه ها را ضعیف می سازند .
مشکلات وابسته به ناحیه ی ذوب جزئی (PMZ)

ناحیه ی ذوب جزئی (PMZ ) می تواند مشکلات را تحمل کند به طوریکه در بیان زیر ،
شامل :ذوب مرز دانه ها در (PMZ) در طول جوشکاری
۱ – ترک خای ذوبی (ترک ناحیه ذوب جرئی یا ترک های گرم )
۲ – کاهش استجکام و شکل پذیری
۳ – شامل تر ک های هیدروژنی

Chart




Chart








Steel K 100



(Single Pass welding with out Heat Treatment )