ترمیم قالبهای فلزی با فرآیند جوشکاری
استفاده از قالبهای فلزی به منظور تولید تیراژ بالا در قطعات فلزی، گزینه بسیار مناسبى است. عیوب و تغییرات در قالبهای فلزی گریز ناپذیر است. در بین گزینه‌های مختلف، استفاده از فرآیند جوشکاری ترمیمی بهترین گزینه انتخابی در مراکز صنعتی بزرگ و کوچک، برای رفع عیوب و تغییرات است.
در بسیاری از مواقع، قالبهای فلزی بر اثر اشتباهات طراحی، مدل سازی، ریخته گری، ماشینکاری یا قالبسازی، نیاز به ترمیم و رفع عیب دارد که فرآیند جوشکاری به دلیل ارزانی، گستردگی و در دسترس بودن نسبت به دیگر فرآیندها، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیند جوشکاری به دو خانواده بزرگ جوشکاری ذوبی و جوشکاری غیرذوبی تقسیم بندی میشود.
در بین انواع روش‌های جوشکاری، جوشکاری قوسی با الکترود روپوشدار (جوشکاری برق)، جوشکاری با گاز محافظ (جوشکاری CO2 و جوشکاری TIGG بیشترین کاربرد را در ترمیم قالبهای فلزی دارند. از فاکتورهای تاثیرگذار در انتخاب استفاده از روش‌های مختلف جوشکاری میتوان به موارد زیر اشاره نمود.
- نوع عیوب
- مقدار حجم و محدوده عیوب
- همچنین جنس قالب فلزی
- راحتی و دردسترس بودن
- ارزانی روش جوشکاری
مهمترین عوامل تاثیرگذار برای انتخاب روش جوشکاری ترمیمی برای قالبهای فلزی، جنس قالب و همچنین مقدار و حجم عیوب یا تغییرات است.
ترمیم یا ایجاد تغییرات در قالبهای فلزی با توجه به جنس‌های بکار رفته و حساسیت در آن باید از دقت بالایی برخوردار باشد. حضور الزامی بسیاری از عناصر به منظور بالا بردن کیفیت فولادها و چدن‌ها در صنعت قالبسازی می‌تواند محدودیت‌ها و دقت‌های ویژه‌ای را به همراه داشته باشد.
جوشکاری بر روی قالبهای فلزی همانند جوشکاری بر روی آهن معمولی نیست. در این نوع جوشکاری‌ها باید علاوه بر انتخاب درست روش جوشکاری ترمیمی، انتخاب پیش گرمایی (Preheating) و پس گرمایی Past heating WPS مناسب، تدوین WPS و PQR و استفاده از جوشکار حرفه‌ای و بسیاری از نکات ریز و درشت دیگر باید مد نظر قرار گیرد. همین تفاوت‌ها می‌تواند اهمیت فوق العاده جوشکاری ترمیمی برای قالبهای فلزی را آشکار سازد.
جنس قالب‌ها
قالبهای فلزی چه در ابعاد بزرگ یا کوچک با توجه به نوع عملکرد خود می‌توانند از جنس چدن (از خانواده چدن‌ها با ساختار کروی یا چدن‌های داکتیل) یا فولادهای ابزار ( با قابلیت سختکاری) باشند.
جنس کفشک
عموماً در تمامی مراحل قالبهای فلزی (به دلیل تنوع و دمای ذوب پایین و شکل پذیری آسان و مقرون به صرفه بودن چدن) جنس کفشک‌های قالب از چدن با ساختار گرافیتی کروی مانند GG25 و GG30 است.
قالبهای فلزی با عملکرد کشش
قالبهای فلزی با عملکرد کشش می‌توانند از جنس چدن‌های داکتیل با قابلیت سختکاری شعله‌ای مانند چدن‌های GGG60 و GM2466 هستند.
قالبهای فلزی با عملکرد برش، خم یا کوبش
برای عملکردهای برش Trim و خم Bending یا کوبش Stamping در قالبهای فلزی عموماً از فولادهای ابزار استفاده میشود که توانایی سختی پذری بالا ( حدود سختی ۵۵-۶۰ راکول سی ) را داشته باشند.
در قالبسازی صنعتی بزرگ امروزی، استفاده از فولادهای ابزار سخت شونده در کوره به دلیل محدودیت‌های جوشپذیری (وجود عنصر کروم درصد بالا که باعث کاهش جوش پذیری میشود) و مشکلات ناشی از آن بسیار کاهش یافته و شرکت‌های بزرگ قالبسازی جهان همانند فوجی، میازو، اوگی هارا، پژو، رنو و ….. از فولادهای ریختگی سختی پذیر با شعله به دلیل راحتی در سختکاری و همچنین جوش پذیری خوب آنها استفاده میشود.
مراحل اجرائی
مراحل اجرائی جوشکاری ترمیمی قالبهای فلزی با جنس چدن‌های با ساختار گرافیتی کروی عموماً به دلیل عدم سختی پذیری مناسب (حداکثر ۳۵ راکول سی) بیشتر برای ساخت کفشک‌های قالب فلزی مناسب هستند. برای ترمیم این نوع چدن‌ها باید یک روند اجرائی درست را مدنظر داشته و به خوبی آن را اجرا نمود. این دستورالعمل اجرائی اگر به درستی اجرا شود به بهترین نتیجه دلخواه خواهیم رسید.
این گروه از الکترودها با مغز فولادی برای تعمیر قطعات چدنی و اصلاح عیوب ریختگی و اتصال چدن به فولاد کاربرد فراوانی دارد. استحکام کششی فلز جوش تا حد زیادی بستگی به فلز پایه دارد ولی اغلب از آن زیادتر است.
جوشکاری ترمیمی قالبهای فلزی از جنس چدن با ساختار داکتیل عموماً به دلیل سختی پذیری مناسب حداکثر ۵۵-۴۵ راکول سی بیشتر برای ساخت پستهای قالب با عملکردهای قالب کشش و خم و کوبش و برش فلزی مناسب است. برای جوشکاری قالبهای فلزی چدنی (با عملکرد کشش و خم و کوبش و برش ) با ساختار داکتیل میتوان از الکترودهای مخصوص شرکت‌های قالبسازی استفاده نمود.
در صورت جوشکاری دوباره بر روی مناطقی که قبلاً جوشکاری ترمیمی شده، حتماً باید فلز جوش قبلی توسط ابزارهای براده برداری و سنگ فرز انگشتی کاملاً برداشته شود و دوباره جوشکاری شود.
پیش گرمایی قطعه تا دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد جهت جلوگیری از ترك بسیار مناسب خواهد بود.
نکات کاربردی برای جوشکاری قطعات چدنی با سختار گرافیت کروی
- الکترودهای چدن را به دلیل مشکلات انبارش و همچنین شرایط ویژه انبارداری به مقدار احتیاج ( احتیاجماهانه) خریداری نمایید.
- به دلیل روپوش قلیایی الکترودهای چدن هرگز الکترود را خم نکنید زیرا روپوش الکترود از آن ناحیه شکسته شده و می‌ریزد و باعث عدم پوشش مناسب و ورود گازهای مخرب به حوضچه مذاب میشود و عیوب در آن منطقه از حوضچه مذاب را به همراه دارد.
- در حین جوشکاری دقت شود الکترود با هیچ یک از قسمت‌های قطعه کار تماس نداشته باشد در این صورت به دلیل پودر آهن موجود در روپوش الکترود، اتصال در آن نقطه برقرار شده و باعث آسیب دیدگی الکترود و قطعه کار میشود.
- توصیه اکید میشود قبل از جوشکاری سطح خارجی قطعه کار از رنگ، زنگ، روغن و سایر ناپاکی‌ها تمیز شود.
- چون احتمال نفوذ موادی همانند روغن در عمق عیوب و قطعه کار و عمق ترك وجود دارد، برای از بین بردن چربی که باعث ایجاد عیوب جدید در فلز جوش میشود، میتوان از مواد شیمیایی چربی گیر مانند تتراکلرید کربن استفاده کرد. قطعات بزرگ چدنی همانند دستگاه‌های صنعتی یا قالبهای فلزی را میتوان به آرامی حداکثر تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد پیش گرم کرد. دقت شود نیاز نیست کل قطعه پیش گرم شود و فقط محدوده و منطقه کنار جوشکاری گرم شود کافی است.
- بهتر است از حداقل شدت جریان (آمپر) برای جوشکاری چدن استفاده شود.
- یک توصیه بسیار کاربردی برای به وجود نیامدن ترك‌هایی که ممکن است در اثر تنش‌های حرارتی چدن یا انقباض گرده جوش ایجاد شوند این است که بهتر است عمل جوشکاری فاصله‌دار و در چندین مرتبه عملیات جوشکاری را قطع نمود.
- چکش کاری آرام بر روی گرده‌هایی به طول ۲ سانتیمتر بلافاصله بعد از جوشکاری می‌تواند برای کاهش تنش پسماند بسیار مفید باشد. انجام این عمل همچنین می‌تواند باعث شود تا دمای قطعه کار از تحمل دست گرمتر نشود.
- از چکش با اشکال سر گرد استفاده شود.
- چنانچه قطعات چدنی در حین جوشکاری بیش از حد مجاز گرم شد (دمای قطعه کار از تحمل دست گرمتر نشود) کار را فورا باید متوقف نمود تا دما پایین آمده و بعد شروع به کار نمود.
- جوشکاری بر روی قطعات چدنی باید بدون حرکتموجی و همراه با گرده‌های نازك و به طول کوچک انجام شود.
- از سریع سرد کردن قطعه جوشکاری شده به هر نحوی خودداری نمایید چون باعث تشدید تنش در قطعه شده و میل به ترك و شکست در قطعه را افزایش می‌دهد.
- قطعات را میتوان پس از جوشکاری با ماسه داغ، پشم شیشه یا پتوهای حرارتی پوشاند تا از سریع سردشدن قطعه جلوگیری شود.
- در صورتی که قطعه کار دارای ترك باشد قبل از انجام هر کاری ترك قطعه باید توسط ابزارهای براده برداری کاملاً برطرف شود و قطعه آماده جوشکاری شود.
- برای برطرف کردن ترک‌هایی که در حین جوشکاری ایجاد میشود اول از همه باید عملیات جوشکاری را متوقف نمود و پس از آن با سنگ فرز و فرزهای انگشتی ترك را تا عمق آن برطرف نمود و سپس کارجوشکاری را ادامه داد.
چند نکته کلیدی کاربردی در جوشکاری قطعات چدنی
مهمترین نکته قابل توجه در جوشکاری ترمیمی قطعات چدنی آماده سازی قطعات است. آماده سازی منطقه مورد نیاز جوشکاری در قطعات چدنی از نظر طراحی پخ‌ها حائز اهمیت است. بهتر است شیارها و پخ‌های ایجاد شده به صورت U شکلل بوده و مناطق تیز که محل ایجاد تمرکز تنش بسیار زیادی می‌شوند به صورت فرم گرد و R دار (محدب) درآیند.
نکات کلیدی و کاربردی در جوشکاری فولادهای ابزار نوردی و فولادهای ابزار ریختگی
- برای جوشکاری قطعات فولاد ابزار لب پر شده حتماً باید آن منطقه را پخ زده و آماده سازی نمود.
- نقاط و مناطق تیز که نیاز به جوشکاری دارند محل ایجاد تمرکز تنش بسیار زیادی می‌شوند باید به صورت فرم گرد و Rدار (محدب) درآیند.
- در صورت نیاز به جوشکاری مجدد بر روی مناطقی که قبلاً جوشکاری شده، حتماً باید فلز جوش قبلی توسط ابزارهای براده برداری و سنگ فرز یا فرز انگشتی کاملاً برداشته شود و سپس جوشکاری شود.
- در صورت مشاهده ترك در هر مرحله از جوشکاری، کار متوقف شده و روش‌های اجرایی جهت رفع ترك درالویت قرار می‌گیرد.
- هرگز برای رفع ترك از شدت جریان زیاد (آمپر) برای ذوب منطقه ترك استفاده نشود چون این امر باعث افزایش ابعادی منطقه ترك و نفوذ آن در قطعه میشود.
- توصیه اکید میشود قبل از جوشکاری سطح خارجی قطعه کار از اکسید، رنگ، زنگ، روغن و سایر ناپاکی‌ها تمیز شود.
- یکی از فاکتورهای بسیار مهم برای جلوگیری از بروز ترك و شکست در قطعات جوشکاری شده از این نوع فولادها پیش گرمایی مناسب برای این قطعات قبل از جوشکاری است.
- اگر قطعاتی که نیاز به جوشکاری دارند کوچک باشند و بتوان آن را با دست حمل نمود پیشنهاد مى‌شود، حتماً آن قطعه تا دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد در کوره به آرامی پیش‌گرم شود.
- اگر قطعات فولادی که نیاز به ترمیم و جوشکاری دارند از لحاظ حجم بزرگ بوده و استفاده از کوره به جهت پیش گرمایی برای قطعه مهیا نباشد بدین منظور از مشعل‌های گازی به جهت پیش گرمایی استفاده شود.
- چون امکان تخمین دمای پیش گرم قطعه نیاز به تجربه زیادی دارد میتوان از گچ‌ها و ماژیک‌های حرارتی یا ترمومترهای صنعتی استفاده نمود تا قطعه کار بیشتر یا کمتر پیش گرم نشود.
- در بعضی از مواقع لبه‌های قالبهای فلزی از محل خود ترك داشته و نیاز به ترمیم دارند در صورتی که قطعه شکسته شده کوچک باشد نباید آن را در سر جای خود قرار داد و آن را به قالب جوش داد و بهتر است با استفاده از الکترودهای پایه یک لایه زیرین درست نمود و پس از آن از الکترودهای روکشی سخت جهت ایجاد لبه برشی استفاده کرد.
