ترک گرم یا انجمادی چیست ؟!

ترک انجمادی یا ترک گرم در فولاد

یکی از علل شایع ترک انجمادی یا ترک گرم در فولاد وجود  ناخالصی ها در فلز پایه  به ویژه گوگرد و فسفر است ، و وجود گوگرد و فسفردر فلز پایـــه خطر ترک خوردگـــی را افزایش میدهد در حالیکـــــه منگنز و سیلیسیـــم می توانند به کاهش خطر کمک کنند . برای به حداقل رساندن خطر ترک خوردگی ، پرکننده هایی با سطح کربن و ناخالصی کم و مقدار بالای منگنز ترجیح داده می شوند. به عنوان یک قاعده کلی ، برای جوشکاری فولاد ها مقدار ، کل گوگرد و فسفر نباید بیشتر از 0.06٪ باشد.

در به وجود آمدن ترک ترک انجمادی یا ترک گرم  ترکیب فلز پایه مهم تر از فلز پرکننده است و باید در انتخاب فلز پایه مرغوب حساس بود اما این حساس بودن را میتوان با استفاده از جوشکاری با روش هایی با درجه رقت کمتـــــر کاهش داد . [مقاله درجه رقت چیست را مطالعه کنیــــد ] ترک خوردگی در جوشکاری با فرآیندهای با درجه رقت کم مانند جوشکاری الکترود دستی SMAW و جوشکاری با گاز محافظ خنثـــی MIG کمتـــر محتمل است.

در جوشکاری فولادهای ساده کربنی با روش جوشکاری زیر پودری SAW  رابطه ایی ، تحت عنوان شاخص حساسیت به ترک خوردگـــی Units of Crack Susceptibility (UCS) وجود دارد که مطابق رابطــــه زیر محاسبه میشود . (در این رابطــــه از ترکیب شیمیایی فلزات جوش (وزن٪) استفاده میشود .)

UCS = 230C + 190S + 75P + 45Nb – 12.3Si – 5.4Mn – 1

اگر در رابطـــه فوق مقدار UCS بدست آمده زیر ۱۰ بشود خطر ترک انجمادی یا ترک گرم وجود ندارد و اگر مقدار UCS بدست آمده بالای ۳۰ بشود جوشکاری این فولاد با روش زیر پودری بسیار خطرناک است .

ترک انجمادی یا ترک گرم در آلومینیوم

جوشکاری آلومینیوم مستعد ایجاد ترک گرم یا انجمادی است ، در جوشکاری آلومینیوم بعلت انبساط حرارتی بالا (تقریباً دو برابر بیشتر از فولاد) و انقباض قابل توجه انجماد (معمولاً 5٪ بیشتر از جوش فولادی معادل) خطر بیشتری آنها را برای ترک انجمادی یا ترک گرم تهدید میکند .

معمولاً احتمــــال خطر را میتوان با استفاده از یک پرکننده مقاوم در برابر ترک (معمولاً از آلیاژهای سری 4xxx و 5xxx) کاهش داد ، اما عیب این است که فلز جوش حاصل ناهمگــن بودن خواص مکانیـــی ضعیف تری نسبت به فلز پایـــه دارد .

ترک انجمادی یا ترک گرم فولاد زنگ نزن

جوشکاری فولاد زنگ نزن مستعد ایجاد ترک گرم یا انجمادی است ، در جوشکاری فولاد زنگ نزن کاملاً آستنیتی نسبت به فولاد زنگ نزن حاوی 5 تا 10 درصد فریت مستعد ترک خوردگی است. اثرات مفید فریت به ظرفیت آن برای نگهداری ناخالصی های مضر در فلز جوش اشاره کرد بنابراین انتخاب مواد پرکننده برای مناسب برای جلوگیری از  ترک خوردگی از اهمیت بالایی برخوردار است که مورد باید توسط مهندس جوش خبـــره انجام شود .

همانطور که سابقــاً اشاره شد فولاد های زنگ نزن فولاد های هستند که دارای عناصر آلیاژی مختلفی بوده ، مهم ترین آن ها که خاصیت ضد خوردگی را تامین می کند کروم می باشد و فولاد های زنگ نزن بر اساس درصد عناصر آلیاژی بــه ۴ گروه زیر تقسیــم بندی می شوند :
۱-فولاد زنگ نزن فریتی (α)
۲-فولاد زنگ نزن آستنیتی (β)
۳-فولاد زنگ نزن مارتنزیتی (М)
۴-فولاد زنگ نزن دو فازی(آستنیتی-فریتی)

بررسی به وجود آمدن ترک انجمادی

ترک های پس از جوشکاری را می توان به دو دستــه تقسیم بندی کرد ۱) دسته بندی بر حسب شکل ۲) دسته بندی بر حسب موقعیت ، ترک ها بر حسب شکل به دو نوع طولی و عرضی / و به لحاظ موقعیت معمولاً به ترک ها در خط مرکزی جوش و ترک ها در منطقه HAZ تقسیـــم بندی می شوند .

با توجه به توضیحات فوق ترک گرم بر حسب شکل، طولی و برحسب موقعیت، در خط مرکزی جوش می باشد.

مراحل تشکیل ترک گرم در فولاد زنگ نزن آستنیتی بشرح زیر می باشد :
در بین سایر فولاد های زنگ نزن ، فولاد های آستنیتی به شدت مستعد ترک گرم می باشند و علت این اتفاق را می توان توانایی پایین آستنیت در حل کردن عنـاصر ناخالصی ماننده گوگرد ، فسفر ، سرب و قلع در خود دانست.

در حین جوشکاری با تشکیل حوضچـــه مذاب و انجماد تدریجــی فلز جوش این عناصر از ساختار خارج شده وخود را به مرز دانه ها می رسانند و این ناخالصــی ها در مرز دانه ها تشکیل یک فاز ثانویه با ساختــار ترد می دهند. و پس از سرد شدن کامل جوش با توسعه تنش های پسماند این ساختار ترد ایجاد شده تحمل تنش های کششی را ندارند و با ترک خوردن ، انرژی نهفتــه را آزاد می شود .
لذا مطابق آنچــه که در بالاتر گفتــه شد ، اگر انعطاف پذیری مرز دانه ها به گونه ای باشد که در مقابل این تنش ها مقاومت کند جوش این تنش ها را تحمل می کند و از ترک خوردگــی محافظت می شود .

عوامل تشدید احتــمال ایجاد ترک گرم

عواملی که احتــمال ایجاد ترک گرم را تشدید می کنند میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

۱) حساسیت به ترک در مرحله اول تابعی از ترکیب شیمیایی می باشد.
۲) اگر ساختار جوش پس از انجماد ، کاملاً آستنیتی باشند بیشترین حساسیت را نسبت به تشکیل ترک گرم دارند.
۳) شرایط مهار جوش ، در صورتی که قیود جوشکاری تنش بالایی بر قطعه وارد کنند احتمال بروز ترک بالاتر می رود .
۴) در صورت بالا بودن حرارت ورودی (انرژی جوش) احتمال ترک گرم بیشتر خواهد شد.
چاله های پر نشده انتهای جوش [انواع عیوب جوش را مطالعه کنید] ترک خوردگی انجمادی را تشدید می کنند.

پیش بینی احتمال ترک خوردگی گرم

کلاً دو روش متداول برای پیش بینی احتمال ترک خوردگی گرم وجود دارد که در هر دو روش پیش پیش بینی احتمال ترک خوردگی با پیش بینی ترکیب شیمیایی فلز جوش انجام میشود بــه این صورت که احتمال ترک خوردگی در ساختــار تمام آسنیتـــی بشدت بالا است و هرچه درصد فریت موجود در ترکیب شیمیایی افزایش پیدا کند احتمال ترک خوردگـــی کاهش می یابد .

۱) استفاده از نمودار سوتالا (Suutala)

۲) استفاده از نمودار شفلر (Schaeffler)

نمودار فوق که ، نمودار سوتالا (Suutala) است ترکیب شیمیایی فلز جوش را پیش بینی می کند بطوریکـــه در ابتدا مقدار کروم و نیکل معادل با توجه به فرمول ارائه شده محاسبــه می شود و سپس اگر ترکیب شیمیایی در منطقــه قرمز قرار بگیرید خطر ترک خوردگی بشدت بالا است و اگر در منطقه سبز قرار بگیرید خطر ترک خوردگی به نسبت پائین است .

نمودار فوق که ، نمودار شفلر (Schaeffler) است بیان میکند اگر ترکیب شمیایی نهایی تماماً آستنیتی باشد خطر ترک خوردگی بشدت بالا است و بطوریکه هرچـــه درصد مقدار فریت افزایش پیدا کند به نسبت خطر ترک خوردگــی کاهش پیدا می کند .

برای اطلاع از تنش زدایی جوش PWHT روی لینک کلیک کنید.