جوش پذیری فولاد‌های ساختمانی

به طور کلی تمام فولاد‌های ساختمانی قابل جوشکاری با قوس الکتریکی هستند و میزان جوش پذیری هر کی از آنها بستگی به سهولت جوشکاری دارد. ولی یک فولاد وقتی درصد جوش پذیر تلقی می‌شود که جوشکاری آن به سهولت و بدون توسل به راه حل‌های خاص، انجام گیرد و درز جوش شده از هر لحاظ هم ارز مقطع دست نخورده مجاور خود باشد. جوش پذیری فولاد‌های ساختمانی کیفیت ذاتی است که از طرفی تابع ترکیب شیمیایی و کیفیت متالورژی فولاد و از طرف دیگر تابع ضخامت و‌رق‌های مورد اتصال و تشن‌هایی است که در موقع جوشکاری به وجود می‌آید.

عدم کفایت جوش پذیری به صورت ترک خوردگی فلز مبنا در مجاورت جوش درز ظاهر می‌شود. تمام فولادهای ساختمانی تحت شرایط مناسب، جوش پذیر هستند ولی بعضی از آنها برای انجام سریع جوشکاری مناسب‌تر هستند. در جوشکاری‌ ورق‌های ضخیم ترکیب شیمیایی آنها از لحاظ سرعت جوشکاری بسیار اهمیت دارد زیرا در جوشکاری این ورق‌ها از شدت جریان زیاد استفاده می‌شود که در نتیجه لبه‌های درز به مقدار زیادی ذوب شده وبا فلز مذاب حاصل از الکتورد مخلوط می‌شود.

البته فلز جوش را می‌توان از طریق کنترل ترکیب مغز الکترود کنترل نمود ولی فلز ورق مورد جوشکاری نیز باید ترکیب قابل قبولی داشته باشد.

مراحل جوش پذیری فولاد‌های ساختمانی

جوش پذیری فولاد‌های ساختمانی در سه مسئله زیر خلاصه می‌شود.

• سهولت انجام جوشکاری
• حصول کیفیت مطلوب در اتصال جوشی
• ایجاد نکردن هزینه های اضافی

کیفیت اتصال جوش به عوامل زیر بستگی دارد.

• ترک خوردگی که باعث از بین رفتن پیوستگی در محل اتصال می‌شود.
• جذب گاز به وسیله فلز جوش که باعث ایجاد معایب زیادی می‌شود.
• تغییر بافت فولاد در محل جوش درز

ترک خوردن جوش درز

مهمترین عاملی که جوش پذیری فولاد را محدود می‌نماید حساسیت به ترک خورگی است. اغلب دو نوع مختلف ترک خوردگی در بازرسی ها تشخیص داده می‌شود.

ترک خوردگی نوع اول به نوع الکترود و شرایط اجرای جوشکاری مربوط بوده و ترک خوردگی نوع دوم به جوش پذیری و کیفیت فلز مبنا بستگی دارد. گاهی ممکن است ترک خوردگی از یک قسمت شروع شده و در قسمت دیگر نیز ادامه یابد.

بعضی از ترک‌ها در موقع شروع انجماد ظاهر می‌شوند. و بعضی دیگر پس از انجماد به وجود می‌آیند. ترک خوردگی در فلز مبنا معمولاً در درجات حرارت پایین حدود ۲۰۰ درجع سانتیگراد و گاهی چندین ساعت و حتی چندین روز پس از جوشکاری ایجاد می‌شود.

ترک خوردگی در فلز جوش

ترک‌های ریز در منطقه ذوب شده که اغلب در اثر نیروها‌ یا انقباض و انبساط حرارتی به ترک‌های قابل رویت تبدیل می‌شوند در موقع شروع انجماد فلز جوش ظاهر شده و به عوامل زیر مربوط هستند.

• انتخاب الکترود نامناسب
• شرایط نامناسب جوشکاری
• جذب ازت که باعث افزایش شکنندگی و کاهش تغییر شکل پذیری می‌شود.
• ایجاد محفظه‌های بسته و محبوس شدن مواد خارجی در فلز جوش

در انتهای نوار جوش یعنی جایی که دفعتاً الکترد را دور کرده و قوس را متوقف می‌سازند به علت انجماد سریع معمولاً ‌تعدادی ترک بسیار ریز به وجود می‌آید و هر چه جوش درز عریض‌تر باشد شدت ترک خوردگی بیشتر است. برای رفع این ترک‌ها می‌توان به طریق زیر عمل نمود.

• سرعت سرد شدن را به کمک پیش گرمایش کم نمود.
• جوش درز را حتی المقدور باریکتر در نظر گرفت.
• میزان ریختن فلز جوش را در جوش درز افزایش داده و در انتهای نوار مقداری به عقب برگشته و سپس قوس را متوقف کرد.

ترک خوردن فلز مبنا

ترک خوردن فلز تعیین کننده‌ترین ملاک جوشکاری هستند. ترک در فلز مبنا به شکل‌های مختلف دیده می‌شود و ممکن است امتداد آن موازی جوش درز یا عمود بر آن باشد. ترک خوردن فلز مبنا به علل متعدد به وجود می آید که مهمترین آنها به شرح زیر است.

• خورده شدگی و زنگ زدگی عمومی فلز مبنا
• معایب محتمل فلز نظیر ناخالص و پلیسه شدن و غیره
• وجود تنشهای ناشی از نورد و خمکاری و غیره
• ترکیب شیمایی فلز
• جذب هیدروژن
• تنش های حاصل از ترک خوردگی

جلوگیری از ترک خوردگی

• با به کار بستن نکات زیر می‌توان در مقیاس وسیعی ترک خوردگی را محدود و حتی به کلی از آن جلوگیری نمود.
• به کار بردن الکترودهایی که هیدروژن کمتری از آنها حاصل میشود مانند الکترودهای قلیایی.
• جوشکاری مداوم که امکان سرد شدن سریع جوش موجود نباشد.
• جوشکاری با الکترودهای قطور و باشدت جریان زیاد .
• پیش گرمایش قطعات که موثرترین وسیله بوده و ضمن اینکه از سرد شدن سریع فلز جلوگیری نمود و مانع ترد شدن آن میشود. خروج هیدورژن محلوا در فلز جوش را نیز تسهیل مینماید.
• اصلاح گرم پس از جوشکاری

تعیین درجه حرارت پیش گرمایش

• برای  اینکه از پیش گرمایش نتیجه مطلوب گرفته شود باید درجه حرارت در موقع پیش گرمایش تا حد لازم بالا رود.
• برای تعیین درجه حرارت پیش گرمایش باید نکات زیر در نظر گرفته شود .

ترکیب شیمیایی فولاد

• ترکیب شیمیایی فولاد به وسیله کربن معادل مشخص می‌شود‌.
• شکل اتصال و ضخامت قطعاتی که باید جوش شوند.

این دو عامل به وسیله عدد سختی حرارتی در نظر گرفته می‌شود‌. عدد سختی حرارتی برای ورقی به ضخامت ۶ میلیمتر وقتی که حرارت فقط از یک سمت بتواند منتشر شود مساوی یک فرض می‌شود و اگر ضخامت ورق بیشتر شود برای هر شش میلیمتر اضافه ضخامت یک واحد به عدد سختی اضافه می‌شود.

اگر حرارت بتواند از دو سمت یا چند سمت منتشر شود و عدد سختی حرارتی مساوی مجموع اعدادس ختی حرارتی در تمام جهات خواهد بود.

جذب گازها به وسیله فلز جوش

فولاد مذاب در مجاورت هوا و گازهای حاصل از تجزیه مواد مقدار یگاز جذب می‌نماید. گازهای جذب شده به سویله فلز مذاب به شرح زیر است.

• هیدروژن
• اکسیژن
• ازت

جذب هیدروژن

• ضمن جوشکاری فلز مذاب مقداری از هیدروژن حاصل از تجزیه مواد روکش و مخصوصاً آب موجود به صورت رطوبت یا به صورت آب تبلور بعضی از مواد شیمیایی را جذب می‌نماید.
• الکترودهای با روکش سلولزی بیشترین مقدار هیدروژن را وارد فلز جوش می‌نمایند‌ و فلز مذاب تقریباً به حد اشباع می‌رسد.
• الکترودهای با روکش روتیلی و اکسیدهای هیدروژن کمتری وارد فلز جوش می‌نمایند و تقریباً مقدار هیدروژن در فلز جوش به نصف مقدار آن در حد اشباع می‌رسد.
• تمام هیدروژن جذب شده در فلز جوش باقی نمانده و ضمن سرد شدن مقداری از آن خارج می‌شود. سرعت خارج شدن هیدروژن از فلز جوش به درجه حرارت بستگی داشته و حصول حالت تعادل یعنی وضعی که دیگر هیدروژن از فلز جوش جدا جوش ممکن است از چند ساعت تا چندین ماه طول بکشد.
• مقدار هیدروژن که ضمن سرد شدن از فلز جوش جدا میشود برای الکترودهای با روکش سلولزی و با روکش روتیلی در حدود ۵۰ درصد کل هیدروژن جذب شده است.

نتایج جذب گاز هیدروژن به وسیله فلز جوش

جذب گاز هیدروژن به وسیله فلز برای جوش معایب قابل ملاحظه‌ای ایجاد می‌نماید که مهمترین آنها به شرح زیر است.

• پاشیدن فلز
• ایجاد محفظه‌های بسته در فلز جوش
• تشکیل فلس و چشم ماهی

ترک خوردن فلز

در محل جوش ترک‌های مختلفی دیده می‌شود و بعضی از آنها به علت وجود هیدروژن در فلز جوش هستند.

جذب اکسیژن

مقدار اکسیژن جذب شده به وسیله فلز جوش به عوامل مختلفی بستگی دارد.

• نوع و ضخامت روکش الکترود
• شدت جریان جوشکاری
• طول قوس الکتریکی

جذب ازت

جذب ازت به وسیله فلز جوش به عوامل زیر بستگی دارد.

نوع و مشخصات جریان

نوع فلز الکترود

انتخاب فولاد ساختمان

نوع فولاد باید در روی نقشه‌ها قید شود ولی این امر مسئولیت سازنده را در انتخاب فولاد مناسب برای کار مورد نظر منتفی نمی‌سازد. انتخاب فولاد باید با توجه به نکات زیر به عمل آید.

• جوش پذیری
• مشخصات خاص نظیر مقاومت به خورده شدن و غیره

بدون در نظر گرفتن طرز تهیه فولادهای کربن به چهار دسته تقسیم می‌شوند.

فولاد نوع A

این نوع فولاد برای ساختمان‌هایی مصرف می‌شود که اهمیت کمتری داشته و تلاش‌های موجود در مقاطع آنها قابل ملاحظه نیست.

فولاد نوع B

این نوع فولاد برای ساختمان‌های متعارف که تحت تلاش‌های متعارف قرار دارند به کار برده می‌شوند. منظور از تلاش‌های متعارف نیروهای ایجاد شده در مقاطع به علل مختلف از جمله عملیات جوشکاری فولادهای ساختمانی است. منظور از ساختمان‌های متعارف ساختمان‌هایی است که در آنها تلاش‌های استثنایی و خطر گسیختگی‌های ترد وجود ندارد.

فولاد نوع C

این نوع فولاد کیفیت بهتری داشته و در ساختمان‌هایی مصرف می‌شود که خطر گسیختگی ترد در آنها وجود دارد. این  فولاد به اثر شکاف حساسیت ندارد. ساختمان‌هایی که در آنها خطر گسیختگی ترد وجود دارد ساختمان‌هایی هستند  که به علت شکل خاص خود و شرایط اجرا و بهره برداری انعطاف پذیری ناچیزی داشته و گسیختگی آنها بدون تغییر شکل زیاد محتمل است.

فولاد نوع D

این نوع فولاد کیفیت بسیار خوبی داشته و در ساختمان‌هایی به کار می‌رود که خطر گسیختگی ترد برای آنها بسیار زیاد است.

ترکیب شیمیایی این چهار نوع فولاد در جدول زیر داده شده است.