تبلیغات
وبسایت تخصصی متالورژی - پالایش فلز جوش
شنبه 19 دی 1388  12:50 ق.ظ

محافظت حوضچه جوش :

بیشتر فلزات تمایل به ترکیب با اکسیژن و یا اکسیده شدن دارند که این تمایل با بالا رفتن درجه حرارت به ویژه در حالت مذاب افزایش می یابد . نرخ ایجاد اکسید در فلزات مختلف متفاوت است . در فرآیندهای جوشکاری مخصوصا روش های.....................


                                     بقیه در ادامه مطلب...........

محافظت حوضچه جوش :

بیشتر فلزات تمایل به ترکیب با اکسیژن و یا اکسیده شدن دارند که این تمایل با بالا رفتن درجه حرارت به ویژه در حالت مذاب افزایش می یابد . نرخ ایجاد اکسید در فلزات مختلف متفاوت است . در فرآیندهای جوشکاری مخصوصا روش های ذوبی منطقه فلز جوش مذاب باید از تماس با اتمسفر دور نگه داشته شود ، چون اکسیده شدن مذاب و تشکیل لایه های اکسید مشکلاتی را بوجود می آورد که مهمترین آنها عبارتند از :

 1) اکسیدها ضعیف ، ترد و شکننده هستند و محبوس شدن ذرات اکسید در داخل فلز جوش باعث کاهش خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی ، استحکام ضربه ای و خواص خوردگی می شود .

2) در بعضی موارد لایه اکسید می تواند مانع عملیات اتصال دو قطعه گردد ( اکسید آلومینیوم در جوشکاری آلومینیوم ) . اکسیده شدن منطقه مجاور مذاب بر روی قطعه کار نیز در بعضی موارد موجب پوسته پوسته شدن آن می گردد که اغلب نا خواسته می باشد .

البته نباید تاثیر ازت را در تماس با مذاب نادیده انگاشت. ترکیب نیترید ( محصول واکنش ازت با مذاب فلز ) محبوس شده در فلز جوش اکثرا نیز باعث تردی و کاهش خواص مکانیکی می شود . از طرف دیگر نیتروژن حل شده در درجه حرارت های بالای نقطه ذوب ضمن سرد شدن و انجماد می تواند به صورت مولکولی  تکامل یافته و اگر حباب های آن در مذاب محبوس شود ایجاد خلل و فرج یا تخلخل و مکPorosity در جوش می کند .

تدابیر مختلفی در روش های جوشکاری پیش بینی شده است تا عمل محافظت نوک الکترود ، قطرات مذاب در حال انتقال از الکترود به حوضچه جوش و حوضچه جوش را از اتمسفر محافظت کند .سرباره یا فلاکس ( به صورت جداگانه یا پوشش یا هسته الکترود ) کنترل اتمسفر به کمک گازهای خنثی ، کم اثر و احیائی و مواد اکسیژن زدا و تکنیک های خاص دیگر .

 در این رابطه مسائل متالورژیکی زیادی پیش می آید که در این جا به دو مورد مهم آن اشاره می شود :

 

 1) واکنش فلز مذاب Gas Metal reaction : در فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی با محافظت گاز نظیر TIG و MIG یا جوشکاری با شعله ( اکسی استیلن یا جوش کاربید ) فلز مذاب در نوک الکترود یا در حین انتقال و یا در حوضچه جوش در تماس با گاز و یا گازهایی است . حتی در جوشکاری های قوس الکتریکی با محافظت سرباره نیز نوک الکترود و قطرات مذاب در حین انتقال در تماس با فضای گازی در ستون قوس قرار دارد .جذب گاز از قوس یا شعله و یا واکنش ها و محصولات حاصل از آنها با فلز مذاب یا با گازهای دیگر نکته قابل توجهی می باشد . البته این موضوع در روش های قوس الکتریکی که درجه حرارت فلز و گاز بالا بوده و حلالیت گاز در مذاب زیاد می باشد اهمیت بیشتری پیدا کرده است . واکنش های گاز فلز ممکن است به دو صورت فیزیکی شیمیائی ( حرارت گیر ) و شیمیائی ( حرارت زا) انجام شود . واکنش های حرارت زا خود می تواند به سه دسته تقسیم شوند :

 آنهایی که محصول واکنش دارای حلالیت خوب هستند ،

 آنهایی که حلالیت متوسط در مذاب دارند و

 آنهایی که محصول واکنش غیر محلول است .

 واکنش های فیزیکی حل شدنی ممانعتی برای ایجاد حوضچه جوش نمی کنند ، اما معمولا باعث تردی و کاهش خواص مکانیکی اتصال می شوند ، نظیر حل شدن هیدروژن در بعضی فلزات نظیر آلومینیوم ، آهن، روی ، نیکل ، مولیبدن و غیره . از طرف دیگر فوق اشباع شدن حوضچه جوش با گازهای خاص یا واکنش بین دو گاز سبب خلل و فرج پس از انجماد می شود .

در واکنش های ترکیب شیمیائی یا حرارت زا آنهایی که محصول واکنش دارای حلالیت خوب یا متوسط هستند معمولا تولید سرباره یا پوسته های مختصری بر روی مذاب می نمایند و تاثیرات کم فیزیکی در طول جوشکاری دارند . اما آندسته که محصول واکنش غیر محلول هستند به صورت پوسته جامد بر روی مذاب جوش قرار می گیرند که می تواند مانع از انجام عملیات جوشکاری و اتصال شود . مثال این نوع واکنش اثر اکسیژن با آلومینیوم و تولید اکسید آلومینیوم با نقطه ذوب بالا است . در این موارد باید از طریق جلوگیری از نفوذ گاز به مذاب و یا حضور بعضی ترکیبات روانساز ( تبدیل اکسید به فرمولی با نقطه ذوب پایین تر ) این پوسته را حل کرد . در فرآیند TIG با تغییر قطب ( الکترود مثبت ) می توان این پوسته جامد را شکسته و به اطراف منحرف کرد . در بعضی حالت ها محبوس شدن ذرات محصول اکسیداسیون در فلز جوش (inclusion ) نیز سبب کاهش خواص مکانیکی به ویژه استحکام ضربه ای و خواص خوردگی می شوند .

 مکانیسم واکنش های گاز فلز مذاب در جوشکاری شامل مراحل زیر است :

 الف ) جذب absorbtion

ب) واکنش reaction

ج ) تکامل evolution

 که هر مرحله تابع قوانین ترمودینامیکی خاص خود می باشد .

 2) واکنش های سرباره فلز مذاب Slag – metal reaction :

شرایط این واکنش ها تا حدودی با آنچه در ذوب فلزات وجود دارد متفاوت است و این به علت درجه حرارت بالاتر و زمان واکنش کوتاهتر در فرآیندهای جوشکاری است . به همین علت تحقیقات پیشرفت زیادی در درک واکنش ها نشان نداده است و اغلب با ادامه دادن منحنی های ترمودینامیکی حاصل از واکنش ها در فولادسازی تا درجه حرارت های بالاتر و از طریق تئوریکی پیش بینی و تحلیل هایی انجام می شود . این نکته لازم به تذکر است که در طول جوشکاری سه مرحله برای واکنش سرباره و مذاب وجود دارد که بر روی ترکیب شیمیائی نهایی جوش تاثیر می گذارد :

 مرحله اول ) زمان توقف قطره مذاب بر روی نوک الکترود ، که در تماس با گاز ها و سرباره در درجه حرارت بالا می باشد .

مرحله دوم ) پریود عبور قطرات از ستون قوس ، زمان آن کوتاه ولی درجه حرارت بالای 2000 درجه سانتیگراد می باشد .

مرحله سوم ) مرحله تماس مذاب فلز جوش و سرباره در حوضچه جو ش تا لحظه انجماد ،که زمان آن نسبتا طولانی و سطح تماس بیشتر اما درجه حرارت پایین تر از دو مرحله قبل است .

 مراحل اول و دوم و به ویژه مرحله اول از نظر واکنش ها مهمترین می باشند ، اما آلودگی و ورود بعضی عناصر و اکسیدها به مذاب بیشتر در مرحله سوم انجام می گیرد . با توجه به نکات بالا ، حالت های مختلف انتقال فلز از الکترود به مذاب ( انتقال ثقلی ، پرواز آزاد و ایجاد پل یا مداربسته ) بر روی زمان تماس سرباره و مذاب تاثیر گذاشته و در نتیجه نوع واکنش شیمیایی سرباره و مذاب را می تواند تحت تاثیر قرار دهد . به عنوان مثال در شدت جریان بالا قطرات کوچک با فرکانس و سرعت زیاد از الکترود جدا شده و در قوسی که درجه حرارت بالایی دارد عبور می کند . اما در شدت جریان های کم قطرات درشت تر شده و در بعضی مواقع حتی احتمال تماس آنها با اتمسفر وجود دارد و عمل محافظت سرباره به طور ناقص انجام می گیرد و از طرف دیگر زمان واکنش زیاد می گردد . با فرض اینکه حالت تعادلی بین ترکیبات و عناصر در سرباره و مذاب وجود داشته باشد می توان بعضی روابط تعادلی مفید بین پتانسیل شیمیایی یا اکتیویته عناصر و ترکیبات متشکله آنها در سه فاز ( سرباره گاز فلز ) نوشت .

 بنابر روابط موجود در منابع ، اکسیدهایی نظیر MnO و SiO2 و FeO هستند که می توانند نقش مهمی در واکنش های سرباره مذاب داشته باشند . به بیان دیگر درصد SiO2 درسرباره می تواند بر روی درصد اکسیژن در مذاب جوش تاثیر مستقیم داشته باشد .

 همچنین درصد SiO2 و MnO در سرباره درصد عناصر Si و Mn در مذاب را می تواند تحت الشعاع قرار دهد . به عنوان مثال اگر در روش جوشکاری زیر پودری (SAW ) دو نمونه جوش در شرایط کاملا یکسان ( از نظر پارامترهای جوشکاری ، فلز و الکترود ) با دو نوع سرباره یا پودر ( فلاکس اسیدی با درصد بالای SiO2 و MnO و فلاکس دوم بازی با درصد بالای CaO و MgO ) انجام شود ، سپس آنالیز شیمیائی جوش مطالعه شود ، به طور واضح ملاحظه خواهد شد که درصد اکسیژن و Si و Mn در جوش با فلاکس اولی (اسیدی ) بیشتر از با سرباره بازی است . مشخص است که افزایش درصد اکسیژن در مذاب منجر به ازدیاد ذرات اکسیدی (آخال) (Inclusion ) در جوش شده و خواص مکانیکی را به ویژه استحکام ضربه ای کاهش می دهد . نکته دیگر در سرعت واکنش و نرخ بالا آمدن و جدایش ذرات اکسیدی و یا به طور کلی محصول واکنش های سرباره فلز مذاب است ، چون سرعت جدایش و بالا آمدن ذرات به اندازه آنها ، جنس و شرایط مذاب بستگی داشته و در همه شرایط و برای انواع اکسیدها یا ترکیبات دیگر یکسان نیست . در این واکنش ها تغییرات درصد عناصر در بعضی موارد که در حد بحرانی آن عنصر باشد حائز اهمیت است و می تواند بر روی خواص مکانیکی جوش تاثیر شدید بگذارد . به عنوان مثال غالبا تغییرات مقدار درصد منگنز در فلز جوش از فولاد کم کربن تا 8/1 5/1 درصد تاثیر چندانی بر روی استحکام ضربه ای ندارد اما بعد از این حد با افزایش درصد منگنز به طور سریع نرمی ( Ductility ) و استحکام ضربه ای کاهش می یابد ، و کربن در فلز جوش نیز همین مشخصه را دارد .

 



  • آخرین ویرایش:-