ترک گرم در جوشکاری

ترک گرم در جوشکاری یک ناپیوستگی از نوع شکست است که حین انجماد فلز جوش یا سرد شدن آن در منطقه متاثر از حرارت رخ می دهد. بر اساس محل و دماهای تشکیل آن دارای سه نوع ترک انجمادی (Crack Solidification)، ترک ذوبی (Crack Liquation) و ترک افت انعطاف پذیری (DDC) است.ترک انجمادی در فلز جوش و ترک ذوبی در منطقه ذوب جزیی رخ داده و هر دو در محدوده دمای تردی فلز جوش (BTR) یا در محدوده دمای تردی که تا دمای یوتکتیک گسترش یافته، اتفاق می افتد.

ترک افت انعطاف پذیری، بیشتر در فلزات با ساختار FCC در فلز جوش یا در منطقه متاثر از حرارت، در محدوده دمای افت انعطاف پذیری (DTR) اتفاق می افتد. عواملی از قبیل دامنه انجماد، فاز اولیه انجماد، کشش سطحی مذاب در مرز دانه ها، مقدار و توزیع مذاب حین انجماد نهایی، ساختار دانه فلز جوش، تنش های انقباضی و هندسه جوش بر حساسیت فلز جوش به ترک گرم موثر است.

ترک انجمادی

ترک انجمادی معمولاً در خط مرکزی فلز جوش در حال انجماد و در محدوده دمای تردی فلز جوش (BTR) اتفاق می افتد. به دلیل غلظت بیشتر عناصر در جلوی جبهه انجماد، دمای مذاب جبهه انجماد، کمتر از دمای انجماد کل مذاب است.در صورتی که ضریب جدایش بیشتر از یک باشد، مذاب باقی مانده حین انجماد، می تواند بین دانه ها جاری شده و یک لایه نازک در مرز دانه ها تشکیل دهد.

انقباض مناطق انجماد یافته و نیز انقباض فلز پایه هنگام سرد شدن، باعث وارد شدن تنش های کششی از دو طرف به لایه های مذاب شده و در صورتی که مقادیر تنش های انقباضی بیشتر از یک باشد این تنش ها می توانند لایه های نازک مذاب موجود در مرز دانه ها را باز و ترک انجمادی را تشکیل دهند.

در واقع تشکیل ترک انجمادی، رقابت بین مقاومت ماده به ترک و نیروی محرکه ترک حین انجماد فلز جوش است. پارامتر تعیین کننده مقاومت ماده، نمودار انعطاف پذیری در BTR، حین انجماد است. در حالی که پارامتر تعیین کننده نیروی محرکه ترک، کرنش های مکانیکی انباشته شده در BTR است که هر دو پارامتر، تابعی از دما هستند. ترک انجمادی زمانی اتفاق می افتد که نیروی محرکه ترک بزرگ تر از مقاومت ماده به ترک در BTR شود.

ترک ذوبی

با عبور منبع حرارتی، مذاب یوتکتیک تشکیل شده از مناطق ذوب شده با گسترش در مرزدانه ها یا با تشکیل حوضچه های مذاب درون دانه ها، شرایطی شبیه ترک گرم را به وجود می آورد که در نهایت باعث ترک ذوبی خواهد شد. ترک ذوبی نسبت به ترک انجمادی محدودکننده تر است. چون در فلز پایه اتفاق می افتد و ترکیب شیمیایی آن در فرایند جوشکاری تحت کنترل نیست.

ترک افت انعطاف پذیری

این نوع ترک یک پدیده حالت جامد بوده که ناشی از افت ناگهانی انعطاف پذیری در دمایی بالاتر از نصف نقطه ذوب ماده است. ترک به دلیل جدایش ناخالصی ها در مرز دانه یا تنش های موضعی مرز دانه ای تولید شده توسط رسوبات است. پارامترهای موثر بر این نوع ترک شامل ترکیب شیمیایی فلز جوش، ناخالصی ها، موانع و مهاجرت مرز دانه ها، جدایش در مرز دانه ها و جهت گیری مرز دانه نسبت به کرنش های اعمالی است.

در جوشکاری فولادهای زنگ نزن آستنیتی تشکیل ترکیبات یوتکتیک زود ذوب باعث تشکیل ترک گرم خصوصاً از نوع انجمادی و DDC خواهد شد. ممکن است در جوشکاری، چند پاسی از طریق ذوب مجدد و افزایش حرارت ورودی، بتوان از ترک انجمادی جلوگیری نمود اما در شرایط تنش های خستگی و خستگی خوردگی، DDC نیاز به توجه بیشتر دارد.

مورفولوژی سطح شکست ترک گرم

استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ( SEM) و طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS) نشان می دهد سطح شکست حاصل از ترک انجمادی، اغلب دارای مورفولوژی دندریتی با لایه ای از یوتکتیک زود ذوب بوده که گاهی همراه با حفرات و گسیختگی در پل های فلزی است.