جوش پذیری فولاد و عوامل موثر بر آن

جوشکاری به معنای اتصال دائمی مواد فلزی یا غیرفلزی به یکدیگر است به نحوی که خواص مواد بعد از اتصال با خواص مواد پایه برابر باشد. یک فولاد زمانی جوش پذیر محسوب می شود که عملیات جوشکاری آن بدون نیاز به روش های جانبی و به راحتی انجام شود. تمام فولادهای ساختمانی را می توان توسط قوس الکتریکی جوشکاری نمود و میزان جوشکاری آنها وابسته به سهولت جوشکاری است. فولادهای ساختمان اصولاً جوش پذیر هستند اما برخی از آنها برای جوشکاری سریع مناسب تر می باشند.

عوامل موثر بر جوش پذیری فولاد
ترکیب شیمیایی ورق های ضخیم تر بر سرعت جوشکاری اثرگذار است زیرا از جریان زیاد برای جوشکاری این ورق ها استفاده می شود و لبه های درز بعد از ذوب شدن با فلز مذابی که از الکترود حاصل می شود مخلوط می گردد. جوش پذیری فولاد به کیفیت فولاد, ترکیب شیمیایی, ضخامت ورق ها و تنش هایی بستگی دارد که در حین جوشکاری ایجاد می شود. اگر جوشکاری از کیفیت لازم برخوردار نباشد, فلز مبنا در کنار جوش درز دچار ترک خوردگی می شود.

زمانی فولاد جوش پذیر تلقی می شود که از نظر هزینه ای مقرون بصرفه بوده و هزینه اضافی در بر نداشته باشد. علاوه بر آن عملیات جوشکاری با سهولت انجام گیرد و در اتصال جوشی کیفیت لازم به دست آید. کیفیت اتصال جوش به عواملی نظیر جذب گاز توسط فلز جوش, ترک خوردگی و تغییر بافت فولاد در محل جوش وابسته است.

جذب گاز توسط فلز جوش
فولاد مذاب در معرض هوا و گازهای ناشی از تجزیه مواد گازهایی نظیر هیدروژن, اکسیژن و ازت جذب می کند. گاز هیدروژنی که توسط فولاد جذب می شود برای جوش معایبی چون پاشیدگی آن و ایجاد محفظه های بسته را به دنبال دارد. ترک هایی که اغلب در محل جوش دیده می شوند ناشی از وجود هیدروژن در فلز جوش است. میزان اکسیژنی هم که توسط فلز جوش جذب می شود به عواملی نظیر طول قوس الکتریکی, ضخامت و نوع روکش الکترود و میزان شدت جریان جوشکاری بستگی دارد. جذب ازت نیز به عواملی نظیر نوع فلز الکترود و مشخصات جریان وابسته است.

ترک خوردگی
ترک خوردگی که در اثر با کفایت نبودن اتصال جوشی ایجاد می شود پیوستگی را در محل اتصال از بین می برد. پیش گرمایش قطعات یکی از موثرترین روش های پیشگیری از ترک خوردگی است زیرا زمان سرد شدن فلز را به تاخیر می اندازد و از ترد شدن آن جلوگیری می کند. برای دستیابی به نتیجه مطلوب, درجه حرارت پیش گرمایش باید به اندازه کافی بالا باشد. استفاده از الکترودهایی نظیر الکترودهای قلیایی که هیدروژن کمتری تولید می کنند و جوشکاری با الکترودهای قطور با جریان بالا روش دیگری برای کاهش ترک خوردگی یا جلوگیری از ایجاد آن است. علاوه بر آن جوشکاری مداوم نیز راه حل دیگری برای کاهش ترک خوردگی می باشد زیرا در این جوشکاری فرآیند سرد شدن جوش با سرعت پایین تری انجام می شود.

ترک خوردگی فلز مبنا
ترک خوردگی از جمله عواملی است که جوش پذیری فولاد را تحت تأثیر قرار می دهد. ترک خوردگی از طرفی به شرایط اجرای جوشکاری و نوع الکترود و از طرفی دیگر به کیفیت فلز مبنا و جوش پذیری آن بستگی دارد. فلز مبنا در درجه حرارت پایین و چند روز بعد از جوشکاری ممکن است به شکل های گوناگون دچار ترک خوردگی شود. ترک خوردن آن می تواند عمود بر جوش درز یا موازی با آن باشد. جذب هیدروژن, ترکیب شیمیایی فلز و ناخالص بودن آن, زنگ زدگی و تنش های ناشی از خمکاری و نورد از جمله عواملی هستند که بر ترک خوردن فلز مبنا اثر می گذارند. ترک خوردگی گاهی از یک قسمت شروع می شود و در قسمتی دیگر ادامه پیدا می کند.

ترک خوردگی فلز جوش
علت ایجاد ترک هایی که در محل ذوب ایجاد می شوند انقباض و انبساط حرارتی است. این ترک ها در ابتدا به صورت ترک های بسیار ریزی هستند که هنگام شروع انجماد فلز جوش ایجاد می شود. از جمله دلایل ایجاد ترک خوردگی در فلز جوش می توان به شرایط نامطلوب, حبس شدن متریال های خارجی در فلز جوش و انتخاب نامناسب الکترود اشاره نمود. جذب ازت که به عواملی نظیر نوع فلز الکترود و مشخصات جریان بستگی دارد, یکی دیگر از عواملی است که شکنندگی فلز جوش را بالا برده و تغییر شکل آن را کاهش می دهد. به منظور جلوگیری از ترک خوردگی در فلز جوش, جوش درز باید باریکتر در نظر گرفته شود و با استفاده از پیش گرمایش سرعت سرد شدن را کاهش داد.

نوع فولاد
در انتخاب فولاد مناسب برای جوشکاری باید به مشخصات آن و میزان جوش پذیری توجه کافی داشت. فولادها به چهار دسته تقسیم می شوند. فولاد نوع A که در ساختمان هایی که مقاطع آنها چندان حائز اهمیت نیست مورد استفاده قرار می گیرد. فولاد نوع B در ساختمان هایی که در معرض نیروهای ایجاد شده در مقاطع به دلیل عملیات جوشکاری می باشند کاربرد دارد. فولاد نوع C کیفیت بالاتری نسبت به نوع A و B دارد و به شکاف حساسیت نشان نمی دهند. این فولاد در ساختمان هایی که به علت شرایط اجرا و شکل خاص خود انعطاف پذیری کمی دارند و احتمال گسیختگی آنها بدون تغییر شکل وجود دارد, استفاده می شود. فولاد نوع D کیفیت فوق العاده ای دارد و در ساختمان هایی که خطر گسیختگی ترد در آنها بالا است مورد استفاده قرار می گیرند.