جوشکاری تعمیراتی
جوشكاری تعمیراتی با جوشكاری معمولی تفاوت‌های عمده‌ای دارد. در جوشكاری تعمیراتی معمولاً مقاومتر كردن قطعات بیشتر از استحكام بخشیدن به آنها مورد نظر است. عوامل موثر بر جوشكاری به دلیل موقعیت قطعات و نوع آسیب‌دیدگی متفاوتند. بطور كلی انواع جوشكاری تعمیراتی را می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم كرد.
- تعمیر آسیب‌های جزئی قطعات مثل ترک‌ها، جدا شدگی‌ها و …
- اتصال فلزات غیر هم جنس
- سخت پوشانی
- بازسازی كلی قطعات
- ایجاد لایه‌های سطحی جهت مقاومت به خوردگی
ایجاد لایه سخت
سخت پوشانی، ایجاد یك لایه محافظ بر روی سطح قطعات فلزی به وسیله جوشكاری است كه این لایه دارای سختی بالا بوده و قطعه را در برابر عوامل محیطی چون ضربه و سایش مقاومتر می‌كند. این روش هم برای تعمیر قطعات آسیب دیده و افزایش عمر كاری آنها كاربرد دارد و هم بعنوان یك روش نگهداری می‌تواند بر روی قطعات نو اعمال شود تا عمر كاری آنها را افزایش دهد. تجربه نشان داده كه برای انتخاب بهترین روش جوشكاری و آلیاژ مناسب به منظور ایجاد لایه‌های سخت، نیاز است. تا شرایطی را كه قطعات در آن قرار دارند را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهد و بطور كلی عوامل زیر باید پیش از انجام سخت پوشانی مشخص شود.
- عوامل تخریب کننده
- جنس فلز پایه
- نوع فرآیند جوشكاری
- پرداخت سطح نهایی مورد نیاز
به طور کلی برای انجام عملیات بازسازی و تعمیر جوشکاری به خصوص ایجاد لایه‌های سخت، مراحل زیر باید دنبال شود.
عوامل تخریب کننده مطرح در صنعت سیمان
در قطعات مختلف صنعت سیمان عوامل فرساینده مختلفی وجود دارند. در یک قطعه ممکن است تنها یک عامل باعث فرسایش شود یا اینکه ترکیبی از چند عامل رخ دهد. راه حل بهینه تعمیرات در هر یک از این حالت‌ها دارد.
سایش فلز به فلز
برخی از قطعات فلزی در معرض اصطکاک و سایش به یگدیگر قرار می‌گیرند، مانند چرخدنده‌ها یا شفت‌ها. باید توجه داشت که تماس دو فلز که دارایی سختی یکسان هستند، باعث تشدید سایش میشود و بنابراین بهتر است قطعه‌ای را که دارای ارزش کمتری است و یا تعویض و تعمیر آن آسانتر است را با مقدارسختی کمتری انتخاب کرد.
سایش مواد ساینده
این نوع از سایش بواسطه لغزش و عبور ذرات تیز و ساینده با سرعت‌ها و فشارهای متفاوت از روی سطوح فلزی رخ می‌دهد. چنین پدیده‌ای درست همانند سنگ زدن، باعث برداشتن سطح فلز میشود. هر چه سختی ذرات بالاتر باشد و لبه‌های تیزتری داشته باشند، سایش شدیدتری رخ می‌دهد.
ضربه
در جاهایی که ضربه به قطعات فلزی وارد میشود، ممکن است که قطعه به صورت موضعی تغییر شکل دهد و یا دچار شکستگی شود. این نوع عامل محیطی را در محیط‌هایی چون سنگ شکن و آسیاب مواد معدنی می‌توان دید که در برخی موارد با سایش توسط مواد ساینده ریز هم ترکیب میشود.
دماهای بالا و خوردگی
فلزاتی که در معرض دماهای بالا قرار می‌گیرند، معمولاً پایداری خود را از دست می‌دهند. دماهای بالا غالباً منجر به ترک خوردگی در اثر خستگی حرارتی و یا خزش میشوند. اگر محیط، اکسید کننده نیز باشد لایه اکسید در سطح فلز تشکیل میشود و در اثر انقباض و انبساط حرارتی دائماً شکسته میشود و دوباره تشکیل میشود که در نهایت منجر به تخریب سطح قطعه میشود.
رقیق شدگی در جوش
در جوشکاری سخت پوشانی، اغلب ماده مصرفی جوشکاری دارای عناصر آلیاژی فراوان تری نسبت به قطعه است. بنابر این در حین جوشکاری بخاطر مخلوط شدن این دو فلز، مقداری از عناصر به درون فلز دیگر مهاجرت می‌کنند. چنین پدیده‌ای را رقیق شدگی می‌نامند.
در اثر رقیق شدگی ممکن است که خواص لایه جوش تغییر یابد و بنابراین مطلوب است که تا جای ممکن از میزان آن کاست. عوامل مختلفی چون سرعت جوشکاری، قطر الکترود، قطبیت الکترود و…بر روی این پدیده اثر می‌گذارند. یکی از راه‌های کاستن از رقیق شدگی، جوشکاری چند لایه بر روی هم یا ایجاد لایه‌های بافر است.
ایجاد لایه‌های بافر
در برخی موارد، برای تعمیر و مقاوم سازی یک قطعه بوسیله جوشکاری، نیاز به جوشکاری لایه ای واسطه بر روی قطعه اصلی است این لایه ها را اصطلاحاً واسطه یا بافر می‌نامند. لایه بافر بر روی قطعه، بوسیله جوشکاری ایجاد میشود و لایه سخت پوشانی بر روی این لایه جوشکاری میشود. در حقیقت این لایه باعث تغییر تدریجی ترکیب از فلز پایه تا لایه سخت نهایی میشود. چنین لایه‌ای علاوه بر خاصیت ذکر شده، می‌تواند به منظورهای دیگری چون ایجاد پیوند بهتر بین قطعه و لایه نهایی، جلوگیری از ترکهای هیدروژنی،کاهش میزان تنش، جلوگیری از پوسته‌شدن لایه سخت نهایی و جلوگیری از گسترش ترکهای احتمالی لایه سخت پوشانی به قطعه نیز به کار رود. نوع ماده جوشکاری مناسب برای لایه بافر بستگی به ترکیب فلز پایه و لایه سخت پوشانی دارد.
انتخاب دمای پیش گرم قطعه
قطعاتی که بر روی آنها جوشکاری سخت پوشانی انجام می‌گیرد را از نظر جنس فلز پایه به دو گروه عمده تقسیم میشود.
- فولادهای کربنی و کم آلیاژی
- فولادهای آستنیتی – منگنزی
روش‌های جوشکاری تعمیراتی بر روی این دو گروه کاملاً متفاوت است. گروه اول برخی اوقات نیاز به عملیات حرارتی پیش و یا پس از جوشکاری دارند. برای دستیابی به یک جوش عاری از ترک، انجام عملیات پیشگرم در این گروه بسیار مهم است. پیشگرم کردن قطعه، خطر تردی هیدروژنی، تنش‌های انقباضی و سخت شدن ناحیه HAZ را کاهش می‌دهد. میزان پیشگرم کردن بسیار مهم است و اصولاً هرچه عوامل زیر افزایش یابند میزان پیشگرم کردن مورد نیاز نیز بیشتر میشود.
- مقدار کربن فولاد
- مقدار عناصر آلیاژی
- اندازه قطعه
- کاهش دمای محیط
- سرعت جوشکاری
- کوچک تر شدن قطر الکترود
برخلاف گروه‌های فولادهای کم کربن و کم آلیاژی که پیشگرم سازی نیاز دارند، فولادهای آستنیتی-منگنزی را هرگز نباید تحت عملیات پیشگرم و یا پس‌گرم قرار داد. این گروه در اثر حرارت دهی، ترد و شکننده میشوند. در عملیات سخت پوشانی این فولادها می‌بایست دمای قطعه در ما بین پاس‌های جوشکاری را نیز تا حد ممکن پایین نگه داشت. (کمتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد).
روش جوشکاری
روش‌های جوشکاری که برای سخت پوشانی استفاده میشوند اغلب شامل جوش الکترود دستی، جوش با سیم‌های توپودری، و جوش زیرپودری است.
جوش الکترود دستی
در این نوع جوشکاری، الکترود ماده مصرفی است که پوشش آن با ایجاد گازهای محافظ از اکسیدشدن ناحیه جوش جلوگیری می‌کند. این پوشش می‌تواند به عنوان اضافه کننده عناصر آلیاژی نیز عمل کند. از مزایای این روش، گستردگی و تنوع مواد مصرفی، ارزان بودن و سهولت استفاده در شرایط مختلف بخصوص فضاهای باز و نقاط با دسترسی مشکل است. از معایب آن سرعت پایین و دور ریز بالای الکترود است.
جوش با سیم‌های توپودری
این روش در حقیقت نوعی از جوشکاری میگ مگ است که سیم آن توخالی بوده و داخل سیم با پودر جوشکاری پرشده است. محافظت از حوضچه جوش توسط گاز محافظ CO2 و یا آرگن و یا توسط گازهای ایجاد شده در اثر سوختن پودر جوشکاری داخل سیم انجام میشود. از مزایای این روش گستردگی و تنوع مواد مصرفی (تقریباً برابر با الکترود دستی)، نرخ جوشکاری بالا و اتلاف کم مواد جوشکاری است.
جوش زیر پودری
در جوش زیر پودری، ماده مصرفی جوشکاری که بصورت سیم و یا تسمه است، به طور پیوسته به داخل لایه‌ای از پودر جوشکاری که بر روی سطح قطعه ریخته شده است، رانده میشود و با ایجاد قوس الکتریکی ذوب میشود. حفاظت از ناحیه جوش در برابر اکسیداسیون توسط لایه پودر انجام گرفته و از پودر می‌توان جهت افزودن عناصر آلیاژی نیز بهره گرفت. از خصوصیات این روش محدودیت نوع ماده مصرفی جوشکاری، نرخ جوشکاری بسیار بالا (مناسب برای قطعاتی که مقدار زیادی از آنها تخریب شده است) و عدم پاشش درحین جوشکاری را می‌توان نام برد.
کاربردهای جوشکاری تعمیراتی در صنعت سیمان
در صنایع سیمان قطعات مختلفی در معرض تخریب شدید به واسطه سایش توسط مواد معدنی، ضربه، دماهای بالا و سایش فلز به فلز قرار دارند. انواع قطعات مختلف در این صنعت بوسیله جوشکاری تعمیر میشوند. بدون انجام بازسازی قطعات توسط جوشكاری، هزینه‌های جاری این صنعت افزایش قابل توجهی می‌یابد. در زیر نمونه‌هایی از قطعات صنعت سیمان كه بوسیله سخت پوشانی تعمیر شده‌اند را با ذكر نوع عامل تخریب و نوع ماده مصرفی جوشكاری می‌توان دید.
