مهندسي جوش
مهندسي جوش

تماس با ما

نرم افزار

نويسنده

كتابخانه

آموزش

كلوپ مهندسي جوش

خانه

 

چهارشنبه ٢٩ آذر ،۱۳۸٥

 

جوشكاري فولادهاي آستنيتي منگنز دار

فولادهاي آستنيتي منگنز دار كه به فولادهاي منگنزي هادفيلد Hadfield نيز موسوم هستند . بسيارچقرمه tough بوده و غير مغناطيسي مي باشند . معمولا" درجه حرارت تغيير حالت و سختي پذيري فولادهاي كم آلياژي توسط مقدار بالاي منگنز پايين آورده مي شوند و آوستينت تا درجه حرارت محيط نيز پايدار مي ماند . اين فولادها با استحكام بالا ، انعطاف پذيري خوب و مقاومت در برابر سايش عالي مشهور هستند و بصور مختلف ريختگي ، ورق ، سيم ، ميله و غيره عرضه مي شوند . قطعات ريخته شده يا نورد شده اين گروه فولادها غالبا" بصورت كوينچ شده بكار مي روند .

نكته جالب توجه اينكه برعكس اغلب فولادها اين گروه از فولاد بعد از كوينچ يا سريع سرد شدن در آب چقرمه تر يا سمج تر مي شوند اما تحت عمليات حرارت دادن مجدد يا تمپركردن ترد مي شوند. عمليات حرارتي معمول در فولادهاي آستنيتي حرارت دادن و آوستينيته كردن حدود          (1800 -1950°F) 980 – 1060°C  براي مدت حدود 30 -20 دقيقه و سريع سرد كردن در آب است تا خواص مكانيكي مطلوب بدست آيد . بالاي اين دما ساختار كاملا" آستنيتي مي باشد . اگر قطعه در زمان كافي و درجه حرارت مناسب قرار گرفته و در آب سريع سرد شود ساختار بوجود آمده زمينه روشن و با مرزدانه ها و ذرات ريز سرباره يا اكسيدها ديده مي شود.  (زمينه روشن آوستينت است ) .

در حين عمليات حرارتي بويژه در درجات حرارت بالا ، لايه نازكي از سطح دكربوره و احتمالا" مقداري از منگنز هم مي سوزد كه در حين سريع سرد شدن بصورت مارتنزيتي همراه با " ترك " هاي ريز در مي آيد كه از نظر خواص مكانيكي ضعيف بوده ولي خاصيت مغناطيسي دارد . اين موضوع بويژه در قطعات نازك و آنهايي كه تحت نيروهاي خستگي زا قرار مي گيرند ممكن است قابل توجه باشد و در بعضي موارد ضرورت ايجاب مي كند تا اين لايه تراشكاري شود . اين پديده در حين برشكاري يا جوشكاري نيز ممكن است اتفاق بيفتد . تبديل و تغيير فاز ممكن است در درجه حرارت ثابت در اثناي حرارت دادن مجدد در درجه حرارت بالاي Alupper ايجاد شده و ساختاري شامل ورقه هايكاربيد و پرليت بوجود آورد . (كاربيد در درجه حرارت °C 593 - 538 (F 1100 - 1000 ) و پرليت °C 760- 538 (F 1400 -1000) ظاهر مي شوند ) . تغيير فاز از مرزدانه ها شروع شده و تركيب شيميايي تاثير قابل ملاحظه اي بر روي ساختار بوجود آمده دارد . بهر حال نتيجه اين تغييرات كاهش استحكام و انعطاف پذيري است.

با توضيحات بالا مي توان گفت كه تبديل و تغييرات از درجه حرارت محيط تا °C 482 (F 900 ) اتفاق نمي افتد بنابراين بايد توجه كرد كه قطعات جوش داده شده را نبايد بهيچوجه تحت عمليات حرارتي پس گرم يا تنش زدايي قرار داد . بطور كلي اين فولاد نبايد بالا °C 316 (F 600 ) تحت حرارت مجدد قرار گيرد ، مگر در شرايط خاص و زمان بسيار كوتاه . از طرف ديگر اين فولادها شديدا" تحت كار سرد سخت مي شوند . اگر قطعه اي كه تحت كار سرد قرار گرفته است مواجه با حرارت دادن مجدد شود ترد شدن آن خيلي سريع تر اتفاق مي افتد چون نطفه هاي بيشتري براي تغيير فاز وجود دارد . اين لايه نازك است و در ضمن حرارت دادن زير قوس الكتريكي ذوب مي شود ، اما در شرايطي كه كيفيت ويژه براي اتصال تقاضا شود بايد حتي المقدور اين قشر كار سختي شده را با دقت سنگ زده يا تراشيد .

ضريب انبساط حرارتي فولادهاي آستنيتي منگنز دار شبيه فولادهاي آستنيتي كرم – نيكل دار بوده و تقريبا" يك ونيم برابر فولادهاي فريتي است كه خود مشكلاتي را از نظر تنش هاي حرارتي و انقباضي در حين گرم و سرد شدن بوجود مي آورد . خواص مكانيكي اين گروه فولادها بين °C 204 تا 45- (F 400 تا 50- ) عالي است و بطور كلي براي موارد سايش بيشتر بكار مي رود .

فقط روش هاي جوشكاري با قوس الكتريكي براي فولادهاي منگنزي توصيه مي شود ، زيرا با توجه به توضيحات در مقدمه ، حرارت دادن مجدد اين فولادها كه قبلا" سمج يا چقرمه شده باعث از دست دادن شديد استحكام كششي و انعطاف پذيري آنها مي شود ، بنابراين هر فرآيند جوشكاري كه تناوب طولاني حرارت داشته باشد مناسب نيست ( جوشكاري با گاز يا شعله ) جوشكاري مقاومتي نيز بر روي فولادهاي منگنز دار متداول مي باشد .

از پيش گرم كردن قطعه فولاد آستنيتي منگنز دار قبل از جوشكاري اكيدا" بايد پرهيز كرد . علاوه بر فلز اصلي قطعه كار فلز جوش رسوب داده شده نيز تحت حرارت دادن مجدد نبايد قرار گيرد هر چند اين تاثير ناشي از حرارت مجدد با بهسازي هايي كه در توليد فلز پر كننده يا الكترود پيش بيني شده تا حدودي محدود است و فقط باعث ضخيم شدن مرزدانه ها مي شود . بهسازي در الكترود يا مفتول جوشكاري شامل كاهش هر چه بيشتر كربن و افزودن بعضي عناصر كند كننده تبديل فاز مي باشد .

جوشكاري فولاد آستنيتي منگنزي به فولادهاي ديگر ( كربني و كم آلياژي ) فقط با استفاده از فلز پركننده فولاد منگنزي امكان پذير است و در صورتي كه با تفكيك صحيح جوشكاري كار شود بهترين نتيجه وقتي حاصل مي شود كه ميزان فسفر در مفتول يا الكترود كمتر از 025/0% و منگنز بيش از 14 درصد و " ميزان امتزاج " در لبه فولاد غير منگنزي كمتر از 25 درصد باشد . در غير اينصورت ممكن است ترك برداشتن در جوش يا مجاور آن اتفاق افتد . هرگز نبايد از مفتول يا الكترود فولاد كربني يا كم آلياژي در اين موارد استفاده شود . بعضي جوشكارها مفتول فولاد زنگ نزن 308 را ترجيح مي دهند . البته بايد عمق نفوذ و ميزان امتزاج پايين نگهداشته شود .

انواع گوناگوني از الكترود جوشكاري با تركيبات متفاوت براي جوشكاري اين گروه فولادها توليد و عرضه مي شود كه بعضي از آنها صرفا" براي عمليات سطحي رسوب دادن لايه سخت در مواضع تحت سايش زياد مناسب است . جدول زير خواص مكانيكي و تركيب شيميايي چند نمونه فلز جوش رسوب داده شده با چند نوع مفتول بر روي فولاد آستنيتي منگنز دار نشان مي دهد . خاصيت ضربه پذيري نمونه ديگري ازفلز جوش در جدول بعدي آورده شده است .  

خواص مكانيكي و تركيب شيميايي چند نمونه لز جوش از الكترودهاي فولاد منگنزدار

نوع

نقطه تسليم Psi

استحكام كششي    Psi 

درصد نسبي تغيير طول

درصد كاهش نسبي سطح

سختي BHN

روش جوشكاري

NiMn

64100

121300

0/47

6/37

207

الكترود دستي

NiCrMn

75600

119800

0/42

2/33

223

الكترود دستي

MoMn

67900

119800

0/32

1/33

241

الكترود دستي

CrMn

120000

146000

0/30

0000

194

الكترود دستي

NiCrMn

78700

122300

0/37

6/31

235

الكترود مداوم

NiCrMn 

79400

120600

0/38

0/34

207

زير پودري

درصد تركيب شيميايي

انواع

NiMn 

 

C

Mn

p

Si

Ni

Ci

V        Mo

 

75/0

5/14

02/0

7/0

5/3

0000

000     000

 

الكترود دستي

NiCrMn

75/0

0/14

02/0

0000

5/3

0/4

000     000

الكترود دستي

MoMn

75/0

7/14

01/0

07/0

0000

0000

0/1      000

الكترود دستي

CrMn

35/0

1/14

02/0

6/0

0/1

5/14

7/1       6/0

الكترود دستي

NiCrMn

80/0

2/15

02/0

000

2/3

0/4

000      000

الكترود مداوم

NiCrMn 

78/0

7/16

02/0

8/0

7/3

3/4

000      000

زير پودري

خواص ضربه اي فلز جوش Ni  -  Mn   *

درجه حرارت آزمايش

خواص ضربه اي ( فوت – پوند )

F 75

F 0

F 75 -

F 150 -

118

96

80

55

·          آناليز تقريبي فلز جوش عبارتنداز: 

C 0.75% , Mn 14.5% , P 0.021% , Si 0.65% , Ni 3.5% , Cr 0.4% 

عليرغم بهبود در كيفيت الكترود جوشكاري براي اين گروه فولادها ، توجه و مهارت در فرآيند جوشكاري و رسوب دادن فلز جوش و بعضي تاثيرات در منطقه مجاور جوش حائز اهميت است .

الكترود با منگنز بالا صرفا" بمنظور پركردن مواضع سائيده شده بكار مي رود و در مقابل الكترود منگنز موليبدن داراي سمجي و چقرمگي كمتري است . معمولا" سازنده ها با توجه به سوختن و از دست رفتن بعضي عناصر آلياژي در حين جوشكاري ، مقدار اضافي در تركيب الكترود يا مفتول پيش بيني مي كنند اما طبيعي است كه اگر جوشكاري با طول قوس زياد از حد يا بهم زدن غير معمول ( Pudding ) حوضچه جوش و يا عدم رعايت نكات ديگر انجام شود مقدار اضافي سوختن موثر موجب تقليل خواص و كيفيت فلز جوش رسوب داده شده مي شود .

الكترودهاي دستي فولاد منگنزي بصورت هاي گوناگون سيم آلياژي پوشش دار ، سيم با عناصر آلياژي در پوشش آن و لوله اي با عناصر آلياژي در مغز آن توليد و عرضه مي شود .

با توجه به مقدمه و توضيحات بالا مي توان خلاصه روش جوشكاري و نكات مهم مربوطه براي حفظ كيفيت خوب در فلز جوش (استحكام و سمجي بالا ) را با الكترود دستي بصورت زير خلاصه كرد :

1)       جوشهايي كه يك يا هر دو جزء مورد اتصال ار فولاد آستنيتي هستند بايد از الكترودهاي منگنزي يا زنگ نزن ( كرم – نيكل دار ) استفاده كرد .

2)       از فرآيند جوشكاري با شعله يا اكسي استيلن استفاده نشود ، احتمال ايجاد تردي در فلز قطعه كار و جوش وجود دارد .

3)       الكترود را بايد در جاي خشك نگهداري كرده و يا قبل از استفاده آنرا پخت يا خشك كرد .

4)       رعايت نكات و دستورات سازنده الكترود در مورد قطب و نوع جريان الكتريكي مصرفي الزاميست. 

5)       تميز كردن كامل رنگ ، چربي و آلودگي هاي ديگر از سطح و لبه مورد جوش

6)     تا آنجا كه ممكن است قشر سطحي سخت شده در اثر كار سرد در مسير جوشكاري برطرف شود چون لايه مذكور داراي ساختار مارتنزيتي بوده و حساسيت زيادي در برابر تركيدگي دارد .

7)     هر نوع عيب سطحي نظير ذرات ماسه سوخته شده يا محبوس شده ، خلل و فرجهاي انقباضي shrinkage  porosity و تركيدگي ها بايد قبل از جوشكاري برداشته شوند .

8)     در تعميرات مربوط به " تركيدگي " ، فلز اطراف " ترك " تا عمق آن برداشته شده و ابتدا و انتهاي مسير پيشرفت ترك را نيز با سوراخ كردن با جوش عرضي بست . البته اين موضوع خيلي ساده هم نيست چون انتهاي عمق تركيدگي در قطعه براحتي نمي توان تشخيص داد .  

9)     كوبيدن peening بدون توقف بر روي فلز جوش در حالت گداختگي كمكي در كاهش تنش هاي داخلي انقباض در اثناي سرد شدن و تقليل پيچيدگي مي كند .

10)    هرگز فولاد آستنيتي منگنز دار را با الكترود فولاد كربن يا كم آلياژي نبايد جوش داد .

11)   حرارت داده شده بازاي هر اينچ بايد در حد مي نيمم ( با توجه به ايجاد جوش سالم ) نگهداشته شود حرارت داده شده در واحد طول را مي توان با فرمول ساده زير محاسبه كرد :

H = E.I.60 / S

S = سرعت پيشرفت جوشكاري (سانتيمتر در دقيقه)

I = شدت جريان (آمپر)

E = اختلاف پتانسيل قوس (ولت )

H = حرارت داده شده در هر سانتيمتر (ژول بر سانتيمتر )

درجه حرارت قسمت مجاور جوش پس از يكدقيقه رسوب فلز جوش °C 316 (F 600) تجاوز نكند كاربرد سيستم اندازه گيري درجه حرارت كار در حين جوشكاري مفيد است . )

 

بايد اين امكان وجود داشته باشد تا با دست فاصله 15 سانتيمتري (6 اينچي ) مسير جوشكاري را در تمام لحظات لمس كرد . بخاطر داشته باشيم كه نفوذ حرارتي فولاد منگنزي 4/1 فولادهاي كربني است . در جوشكاري قطعات نازك و سبك دقت بيشتر در اين امر لازم است . عواملي كه به كاهش حرارت داده شده در واحد طول كمك مي كند عبارتند از :

الف - نگهداشتن طول قوسي كوتاه ( طول قوس زياد ولتلژ را افزايش داده و حرارت را در سطح وسيع تر توزيع مي كند ) .

 ب - بهم زدن هر چه كمتر حوضچه جوش (بهم زدن جوش و يا حركت زيگزاگي موجب بازيابي كمتر منگنز و كاهش سرعت پيشرفت جوشكاري مي شود .  

ج - پيش گرم كردن فولاد منگنزي مفيد نيست ( انواع كم آلياژي ممكن است در شرايط خاص كمي پيش گرم كرد . )  

د - استفاده از جوشهايي با طول كوتاه در قسمتهاي مختلف بطور تناوب براي بهتر پخش شدن حرارت و عدم بالا رفتن درجه حرارت در يك نقطه .  

ه - تامين زمان كافي براي سرد شدن هر قسمت از جوش رسوب داده شده . گاهي مي توان از آب نيز براي سرد كردن استفاده كرد در صورتيكه دقت شود رطوبت به نقطه مورد جوش در پاس بعدي نرسد .  

و - استفاده از مفتول يا ميله هايي از فولاد منگنزي در موارديكه نياز به مقدار رسوب بالا است . اين مفتول ها قبلا" در موضع جوش قرار داده مي شوند و ذوب شدن و ادغام آنها در حوضچه جوش موجب سريع تر سرد شدن فلز جوش مي شود .

استفاده از فرآيندهاي نيمه خودكار و خودكار جوشكاري براي اين گروه فولادها نيز متداول است ، در اين فرآيند به الكترودهاي مداوم نياز است كه بصورت سيم هاي آلياژي توپر يا لوله ها با محتواي مواد فلاكسي يا سرباره ساز و احيانا" عناصر توليد و عرضه مي شوند . سيم هاي توپر در فرآيند هاي خودكار و نيمه خودكار معمولا" باريك است بعضي از الكترودهاي لوله اي با قوس باز به كمك محافظت گاز CO 2 و يا مخلوط CO 2 و آرگون بكار برده شده و برخي ديگر در فرآيند قوس زير پودري و به كمك پوشش سرباره استفاده مي شوند . يكي از بيشترين كاربرد جوشكاري بر روي فولادهاي منگنزي پركردن مواضع سائيده شده به كمك  رسوب فلز جوش است . معمولا" فلز جوش داراي همان تركيب شيميايي فلز قطعه كار است ، هر چند در بعضي موارد لايه رسوب داده شده از مقاومت سايشي بيشتري برخوردار است . همانطور كه در اتصالات فولادهاي سنگنزي گفته شد اينگونه كارهاي سطحي و تعميراتي نيز با روش قوس الكتريكي و تمركز حرارت هر چه بيشتر انجام گيرد تا پديده " حرارت مجدد " و رسوب كاربيد و بالاخره كاهش خواص مكانيكي اتفاق نيفتد .

در اينموارد بايد فرض كرد كه سطح سائيده شده در اثر كار سختي سخت شده و اگر در منطقه حرارتي ناشي از جوشكاري قرار گيرد احتمال ترك برداشتن آن بسيار زياد است . براي اجتناب از اين مشكل در زير مجاور جوش بايد قبل از جوشكاري اين لايه سخت شده را بكمك سنگ زدن يا برشكاري با قوس برداشت . همانطور كه قبلا" گفته شد بايد سعي شود از فلز پركننده اي استفاده شود كه تطابق تركيب شيميايي با فلز قطعه كار داشته باشد و جوش ها كوتاه و منقطع باشد ( پايين نگهداشتن حرارت داده شده در واحد طول ) . تصور اينكه فقط پايين نگهداشتن آمپر كافي است اشتباه است . چه بسا با آمپر بالا و سرعت جوشكاري سريع مي توان از پخش حرارت به اطراف و بالا رفتن درجه حرارت اين مناطق جلوگيري كرد . نكات گفته شده ديگر در مورد كوبيدن جوش يا استفاده از ميله هاي فولاد منگنزي و يا عدم پيش گرم كردن در جوشكاري تعميراتي نيز صادق است و از تكرار آنها خودداري مي شود .

پيچيدگي قطعه پس از جوشكاري هم اغلب يكي از مشكلات مي باشد . استفاده از گيره ها و نگهدارنده ها و يا بستن پشت به پشت دو فك خرد كننده و يا كوبيدن فلز رسوب داده شده گداخته و تدابير ديگر مي تواند موجب كاهش پيچيدگي و تغيير شكل شود .

بطور كلي رفع عيوب ريختگي قطعات فولاد منگنزي را بايد پس از عمليات كوينچ كردن آنها انجام داد . زيرا در حالت ريخته شده as – cast بسيار ترد و شكننده بوده ممكن است در حين جوشكاري شكسته شوند . ديواره هاي كناري حفره هاي انقباضي بايد چنان سائيده شود كه داراي شيبي برابر 15 درجه ( حداقل ) باشد .

منابع: تکنولوژی جوشکاری  -  کلید جوشکاری جلد اول 

 پيام هاي ديگران ()

امير حسيني كلورزي

حاميان وبلاگ

كتاب جوش

كتاب الكترونيكي جوش

جوشكاري مقاومتي

(متن كامل فارسي)


برگرفته از سايت مركز علم مواد ايرانيان

اخبار

هشتمين كنفرانس ملي جوش و بازرسي ايران 11 الي 13 ارديبهشت ماه 86 تهران انجمن جوشكاري و آزمايشهاي غير مخرب ايران
.------------.
همايش ملي عمليات حرارتي 16 و 17 اسفندماه 85 دانشگاه آزاد واحد شهر مجلسي.
.------------.

اطلاعات مفيد

فلزات پايه

الكترود و سيم جوش

محاسبه پيشگرم

محاسبات جوش

CCT نمودارهاي

ASME Code Finder

لینک ها

مركز پژوهش و مهندسي جوش ايران

انجمن جوشكاري و آزمايشهاي غير مخرب ايران

انجمن مهندسي ساخت و توليد ايران

سايت علمي پژوهشي فلزات

بانك اطلاعات نشريات كشور

بانك اطلاعات متخصصين كشور

تالارهاي گفتگو

مبحث جوش

AWS اطلاعات فني

جوش و اتصالات

ASME استاندارد

AWS استاندارد

جوشكاران انگليس

دانلود

جدول متغيرهای WPS

ايزو 6520

ايزو 5817

ايزو 3834

ايزو 14731

مديريت مستندات

Weld Calculator

Turbo ASME IX

Welding E-Book

NDT Cabin

QW-484 Form

ASME Sec IX 2003

جزوه پاشش حرارتي

وبلاگ دوستان

مجله جوش

مجله بازرسي فني

مهندسي جوش

جوشكاران

نكاتي از جوشكاري

مهندسي آبادان

WELD.4T

وبلاگ علمي جوشكاري

درباره نويسنده

امير حسيني كلورزي

امير حسيني كلورزي

09166129654

اهواز صندوق پستي

61335-4116

خبرنامه

با عضويت در خبرنامه ميتوانيد از تغييرات وبلاگ توسط ايميل باخبر شويد





Powered by WebGozar

آمار بازديدها