۰تا۱۰۰ جوشکاری فولاد‌های هادفیلد شرکت تامین روانکار کارو
جوشکاری

۰تا۱۰۰ جوشکاری فولاد‌های هادفیلد

معرفــی فولادهای آستنیتی پر منگنز

فولادهای آستنیتی پر منگنز، از دسته فولادهای آلیاژی پرآلیاژ به حساب می آیند که معروف ترین آنها، به عنوان مهم ترین فولاد مورد استفاده در صنایع راه آهن با عنوان فولاد هادفیلد (Hadfield) شناخته شده که بسیار چقرمه و غیر مغناطیسی است. این فولادها با استحکام بالا ، انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر سایش عالی شهرت بسیاری در صنایع گوناگون به دست آورده و به صورت های مختلف ریختگی، ورق، سیم ، میله و غیره عرضه می شود. در این مقاله به نکات لازم در خصوص جوشکاری فولاد‌های هادفیلد اشاره خواهیــم کرد .

میکرو ساختار جوشکاری فولاد‌های هادفیلد

قطعات ریخته شده یا نورد شده این گروه فولادها ، غالبا به صورت کوئنچ شده به کار می روند. درصد کربن این فولادها معمولاً ۱تا ۴/۱ ، و درصد منگنز آن ۱۰ تا ۱۴ درصد است. عناصر دیگر مانند کروم مولیبدن نیکل وانادیوم مس تیتانیوم و بیسموت برای افزودن خواص مطلوب به این فولاد افزوده می شود .

توضیــح کوئنچ : به عملیات گرم کردن قطعات تا یک دمای مشخص و مدت زمان معین و سرد کردن سریع آن با آب ، روغن ، هوا و …. عملیات کوئنچ گفته میشود .

منگنز ، عنصری گاماژن بوده و سبب پایداری فاز آستنیت می گردد . و سبب پایداری آستینت  تا دمای پایین میشود و وجود منگنز کافی در فولاد سبب می شود تا آستنیت حتی در دمای محیط پایدار باشد .

 

 

فولاد هادفیلد را نباید تمپر کرد (حرارت مجدد داد) چرا که باعث رسوب عناصر در مرز دانه های فولاد میشود مطابق شکل زیر اما ما برای جوشکاری فولاد‌های هادفیلد ناچار به حرارت دادن آن هستیـــم پس باید چه اقدامی را انجام دهیم در ادامه این مقاله نکات لازم برای انجام جوشکاری فولاد‌های هادفیلد گفتـــه خواهد شد .

 

تاثیر وجود عناصر مختلف در فولاد هادفیلد

۱) تاثیر کربن

کربن مشخصاً بر روی استحکام تسلیم تاثیر دارد و با کاهش میزان کربن استحکام تسلیم نیز کاهش می‌یابد . مقدار بهینه کربن در فولاد هادفیلد حدود ۱/۱۵ درصد است . مقدار کمتر کربن به جلوگیری از ایجاد رسوب کارباید کمک می کند و به همین دلیل فیلرها (پر کننده) و الکترود جوشکاری مورد استفاده در جوشکاری فولاد‌های هادفیلد باید از نوع کم کربن باشند .

۲) منگنز

مقدار منگنز معمولاً روی استحکام تسلیم تاثیری ندارد اما مقدار ٪۱۱ الی ۱۴٪ از آن استحکام کششی و شکل پذیری فولاد هادفیلد را حداکثــر می کند . مقادیر کمتر از ۸ ٪ منگنز این ویژگی های مطلوب را به نصف کاهش پیدا می دهد گاهی منگنز زیر این مقدار سبب می شود سطح در حین فرایند کوئنچ براحتی مارتنزیت شود .

۳) سیلیسیوم

سیلیسیم بیشتر از ۱ ٪ اضافه نمی شود اما گاهی اوقات افزایش سیلیسیم تا ۲ درصد سبب افزایش استحکام تسلیم و افزایش مقاومت به تغییر شکل پلاستیک در حین ضربه پذیری می شود .  افزایش مقدار سیلیسیوم بیشتر است دو درصد استحکام را به شدت کاهش می دهد .

۴) فسفر و گوگرد

فسفر و گوگرد  به طور کلی مضر هستند و تا حد امکان سعی می شود وجود آنها را در فولاد کاهش داد این عناصر مضر سبب ایجاد ترک در حین انجماد و جوشکاری می شود . [مقاله انواع ترک های جوشکاری مطالعه شود ]

ضریب انبساط حرارتی فولادهای آستینی منگنز دار ، شبیه فولادهای آستنیتی کرم نیکل دار بوده و تقریبا یک و نیم برابر فولادهای فریتی است ، که جوشکاری فولاد‌های هادفیلد مشکلاتی را مانند ایجاد اعوجاج در جوشکاری را ایجاد میکند . {۵ راه کنترل اعوجاج در جوشکاری } را مطالعه کنید .

خصوصیات مکانیکی فولاد هادفیلد

۱) استحکام کششی

انجام کار سرد برای فولاد هادفیلد موجب افزایش استحکام کششی در این فولاد می شود ،  خصوصیات مکانیکی عمومی انواع فولادهای هادفیلد تقریبـــاً مشابه است و میانگین استحکام تسلیم ۳۴۵ مگاپاسکال ، و حداکثر استحکام کششـــی تقریباً بین ۷۵۰ تا ۹۰۰ مگاپاسکال است .

خصوصیات مکانیکی فولاد هادفیلد برای کاربری های مختلف در رنج دمایی بین ۵۰ – تا ۴۰۰ فارنهایت عالی هستند . این فولادها برای کار در دمای بالاتر از ۵۰۰ فارنهایت مناسب نیستند چرا که آنها در برابر اکسیداسیون مقاوم نیستند و استحکام خزشی آنها در مقایسه با فولادهای آستنیتی کروم و نیکل دار بسیار کم است .

۲) خصوصیات ضربه پذیری

مقاومت به ضربه در فولادهای هادفیلد بالاست همانطورکه در تست شارپی V {برای آشنایی بیشتر با روش های تست مخرب مانند تست ضربه مقاله بازرسی جوش را مطالعه کنید .}مشخص است در دمای ۷۵ فارنهایت انرژی ضربه بین ۹۰ تا ۱۱۰ ft.lbs است و در دمای ۱۰۰ فارنهایت  ۴۵ تا  ۶۵  ft.lbs  است .

بنا به تجربه نشان داده شده است فولادهای هادفیلد یک فولاد با پایداری خوب چقرمگی هستند که می توانند در صنایع حفاری و معدنی و صنایع استخراج نفت مورد استفاده قرار بگیرد .

این فولادها به علت داشتن آستنیت پایدار که قابلیت حل شدن  6.3 سی سی هیدروژن در هر گرم فلز را دارا هستند خواص مکانیکی آن تا حل شدن حد مشخص هیدروژن افت چندانی نمی کند .

۳) کار سختی

فولادهای هادفیلد در حین کار سرد مقداری از آستنیت شان به مارتنزیت تبدیل می شود و به همین علت ضریب سخت شوندگی بالایی به هنگام ضرب پذیری دارند بیشترین مقدار سختی قابل حصول در این فولاد  HB ۵۵۰ است . دستگاه هایی که مداوم در معرض ضربه هستند مانند ناخنک های بلدوزر و سنگ شکن های فکی و سنگ شکن های مخروطی و کانوایر حمل سنگ از معدن استفاده از این فولاد در آنها مناسب است .

فولاد هادفیلد برعکس دیگر فولادها، که در اثر سریع سرد شدن یا کوئینچ نمودن در آب ، چقرمگی شان به شدت افزایش یافته اما درحرارت مجدد یا تمپر کردن ، ترد می شوند.

اگر قطعه ای که تحت کار سرد قرار گرفته مجددا حرارت داده شود، ترد شدن آن خیلی سریعتر اتفاق می افتد ، چون جوانه های بیشتری برای بروز استحاله فازی وجود دارد. لايه سخت شده کاملا سطحی است و در هنگام جوشکاری فولاد‌های هادفیلد محل خوبی برای ایجاد جوانه است ،که سبب ایجاد تردی می شود پس باید تا حد امکان لایه سخت شده را با سنگ زنی برطرف کرد .

برخی از مهم ترین آلیاژهای فولادی پرمنگنز

شماره فولاد طبق استاندارد آلمان شماره بین اللملی فولاد خانواده
X 120 Mn13 1.3802 فولادهای آستنیتی نگیر
X 35 Mn 18 1.3805 فولادهای آستنیتی نگیر
X 120Mn 12 1.3401 فولادهای آستنیتی نگیر

نکات لازم برای جوشکاری فولاد‌های هادفیلد

دقت شود برای جلوگیری از خسارت وارد شدن به فولاد در حیـــن جوشکاری باید یک دستور العمل جوشکاری WPS معتبر تهیه شود و نکاتی که در پائین به آن اشاره میشود نکات کلی هستند .

۱- از آن جایی که حرارت دادن مجدد فولاد هادفیلد باعث کاهش خواص مکانیکی و به خصوص چقرمگی آن می شود، بنابراین استفاده از روش های جوشکاری مانند جوشکاری اکسی استیلن که تناوب طولانی انتقال حرارت دارند برای جوشکاری این فولاد مناسب نیست . برای جوشکاری فولاد‌های هادفیلد روش هایی که چگالی انرژی بالای جوش را دارند مانند روش های جوشکاری با قوس الکتریکی و … فقط توصیه می شود.

۲- به هیچ وجه نباید فولاد را قبل از جوشکاری پیشگرم نمود. فقط برای چربی زدایی با استفاده از روش های حرارتی، می توان حداکثر تا ۱۰۰ الی ۱۵۰ درجه قطعه را گرم کرد.

۳- به هیچ وجه نباید فولاد جوشکاری شده را پس از اتمام جوشکاری ، پس گرمایی یا PWHT نمود.

۴- باید از الکترودهای منگنزدار با بیش از ۱۴ درصد منگنز و حداکثر ۰/۰۲۵ درصد فسفر استفاده کرد . الکترود شرکت ESAB با شماره شناسایی EFeMn-A مناسب است در موارد خاص که الکترود مذکور در دسترس نباشد، با رعایت کلیه اصول جوشکاری می توان از الکترود E308-15 نیز استفاده کرد .

۵- قراردادن الکترود در جای خشک، و خشک کردن الکترود ، قبل از استفاده توصیه می شود .

۶- رعایت نکات و دستورات سازنده الکترود در مورد قطب و نوع جریان الکتریکی مصرفی ضروریست.

۷- اصلاح و تمیزکاری سطح محل جوشکاری از هرگونه آلودگی ، چربی و مواد اضافی و حتی ناصافی قبل از جوشکاری لازم می باشد.

 سایر نکات لازم برای جوشکاری فولاد‌های هادفیلد

۸- انواع عیوب انقباضی اعم از خلل و فرج با ترک ها باید قبل از جوشکاری ترمیم شود زیرا بعد از جوشکاری امکان پسگرمایی یا PWHT وجود ندارد.

۹- پس از جوشکاری فولاد‌های هادفیلد ، عملیات مکانیکی تنش گیری جوش در منطقه متاثر از حرارت جوش HAZ توصیه می شود.

۱۰- استفاده از آمپر بالا و سرعت جوشکاری زیاد برای جلوگیری از تمرکز حرارت در یک نقطه توصیه می شود .

۱۱- باید سعی نمود که حداقل حرارت ورودی به فلز مبنا وارد شود. حرارت ورودی به فلز پایه از رابطه زیر قابل اندازه گیری است:

محاسبه حرارت ورودی به فلز مبنا در جوشکاری

H.I= حرارت داده شده در هر سانتی متر (ژول بر سانتی متر)

V= اختلاف پتانسیل (ولتاژ) قوس الکتریکی (ولت)

I= شدت جریان (آمپر)

t= سرعت پیشرفت جوشکاری (سانتی متر در دقیقه)

درجه حرارت منطقه HAZ پس از گذشت یک دقیقه از جوشکاری ، نباید از ۳۲۰ درجه سانتیگراد تجاوز کند. بهترین راه برای کنترل این درجه حرارت بدون ابزارهای اندازه گیری دما ، این است که با دست فاصله ۱۵ تا ۲۰ سانتی متری کنار جوش را لمس کرد. برای کنترل حرارت ورودی باید موارد زیر را رعایت نمود:

نحوه کنترل حرارت ورودی به جوش

الف ) نگه داشتن طول قوس کوتاه (طول قوس زیاد ، ولتاژ را افزایش داده و حرارت ورودی را در سطح وسیع تری توزیع می کند)

ب ) استفاده نکردن از روش های جوشکاری با حرکت دست زیگزاگی و با فشار گاز زیاد ، در روش های با گاز محافظ (خنثی) ، به دلیل جلوگیری از تلاطم حوضچه جوش

پ) خودداری کردن از پیشگرمایی

ت ) استفاده از جوش هایی با طول کوتاه ، یعنی جوشکاری تکه تکه به خصوص اگر بین هر تکه جوشکاری با تکه بعدی ، زمان سرد شدن فراهم آید. در صورت لزوم ، برای سرد کردن آن از آب استفاده شود.

ث ) استفاده از فلز پرکننده به صورت میلگردهای ذوب شونده اضافی، که در محل جوش قرار داده شده و در هنگام جوشکاری در حوضچه مذاب حل شده و ذوب می گردد.

Rate this post

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

4 × 1 =