ترک در جوش
منظور از ترک، پدیدهای است که در اثر عواملی مانند انجماد سریع (یا ترد شدن سریع منطقه جوش) و تنشهای داخلی ناشی از انقباض جوش، ایجاد میشود. یکی از عوارض مهم ترک، شکسته شدن قطعه بدون تغییر فرم پلاستیکی است که شکست ترد نامیده میشود. پیشرفت این نوع شکست در ابتدا بسیار کند بوده و پس از گسترش آن تا حدی معین، در مدت زمانی کوتاه بدون نیاز به تنش ادامه یافته و شکست به وقوع میپیوندد.
انواع ترک
انواع ترک که در مناطق مختلف قطعه جوش داده شده به وجود میآید.
- ترکیدگی در حوضچه جوش یا دهانه انتهای Weld Metal Crater Cracking
- ترک عرضی در جوش Weld Metal Transverse Cracking
- ترک عرضی در منطقه مجاور جوش H.A.Z Transverse Cracking
- ترک طولی در فلز جوش Weld Metal Longitudinal Cracking
- ترکیدگی زبانه یا گوشهای Toe Cracking
- ترکیدگی زیر فلز جوش Under Bead Cracking
- ترکیدگی در خط ذوب Fusion Line Cracking
- ترک ریشه فلز جوش Weld Metal Root Cracking
ترکها از نظر زمان به دو نوع ترک گرم (که در دماهای بالا رخ میدهند) و ترک سرد (که بعد از رسیدن دمای جوش به دمای محیط رخ میدهند) تقسیمبندی میشوند.
ترک گرم
ترک گرم در دماهای بالا و معمولاً در هنگام جوشکاری یا بلافاصله پس از آغاز انجماد فلز جوش رخ میدهد. (ترک گرم معمولاً بالای ۶۵۰ درجه سانتیگراد در حین جوشکاری یا سرد شدن ایجاد میشود.) در اثر نفوذ هوا و اکسیده شدن سطح ترک در درجه حرارت نسبتاً بالا و غالباً مقطع ظاهری شکست در ترکیدگیهای گرم قهوهای است.
دو شرط لازم است تا در دامنه انجماد در جوش ترک گرم ایجاد شود که یکی نرمی و دیگری انعطافپذیری فلز به اندازه کافی نباشد و ثانیاً تنش پیچشی ایجاد شده بین کریستالهای جامد ناشی از انقباض، از تنش شکست فلز در آن درجه حرارت تجاوز کند.
عوامل به وجود آورنده ترک گرم
- بیشاز حد بودن مقدار گوگرد، فسفر و قلع در فلز مبنا
- علت به وجود آمدن ترک در فلزات غیر آهنی میتواند وجود عناصر گوگرد یا روی باشد
- روش نامناسب قطع قوس
- کوچک بودن سطح مقطع گرده جوش در مقایسه با سطح فلز مبنا در پاس ریشه
- ترک گرم معمولاً در جوشهای با نفوذ و عمیق زیاد رخ دهد و در صورت عدم اصلاح میتواند از لایههای بعدی هم گذر کند.
روشهای پیشگیری از ترک گرم
- پیش گرم کردن به منظور کاهش تنشهای انقباضی جوش
- به کار بردن گاز محافظ پاکیزه و غیر آلوده در جوشکاری با گاز
- افزایش مساحت سطح مقطع گرده جوش
- تغییر طرح و شکل گرده جوش
- استفاده از فلز مبنایی که دارای حداقل عناصر ایجاد ترک گرم هستند
- در جوشکاری فولادها، استفاده از فلزات پرکربن که دارای مقدار منگنز بالا نیز هستند.
ترک سرد
هنگامیکه ترک در عرض دهانهها ادامه مییابد و علائمی دال بر تمایل پیشرفت ترک در مرز دهانهها مشاهده نشود، بهاحتمال زیاد ترک از نوع سرد یا زیر خط انجماد است. از دمای ۳۱۶ درجه سانتیگراد به پایین ممکن است بعد از یک ساعت، چند روز و حتی چندین هفته پس از جوشکاری ترکهایی ایجاد و رشد یابند که آنها را ترکهای سرد میگویند.
عوامل به وجود آورنده ترک سرد
- ترد و سخت شدن منطقه مجاور جوش مثلاً با سریع سرد کردن
- ایجاد و پیشرفت تنشهای واکنشی و پسماند
- هیدروژن تردی
- مهار اضافی اتصال
روشهای پیشگیری از به وجود آمدن ترک سرد
- استفاده از پیش گرم کردن که باعث کاهش نرخ سرد شدن میشود.
- استفاده از پس گرم که این مورد هم باعث کاهش نرخ سرد شدن میشود و هم فرصت لازم را برای خروج گاز هیدروژن فراهم میآورد.
- انتخاب فولاد مناسب که قابلیت سختیپذیری کمتری داشته باشد.
- برطرف کردن موارد و عناصری که باعث تولید هیدروژن میشوند مثلاً رطوبت و روغن.
- استفاده کردن از الکترودهای کم هیدروژن.
علل اصلی بروز ترکها در جوش
- عدم مهارت جوشکار
- ناخالصیهایی نظیر گوگرد و فسفر، روی، مس و قلع در فلز پایه و فلز جوش
- نامناسب بودن فلز پرکننده از لحاظ ساختار متالورژیکی
- ترک ناشی از شکل گرده جوش (هنگامیکه پهنای جوش زیاد و عمق نفوذ آن کم باشد)
- تنشهای انقباضی ناشی از اجرای جوش با سطح مقعر
- کمتر بودن چقرمگی جوش در مقایسه با چقرمگی فلز پایه که باعث بروز ترکهای عرضی میشود. قابل ذکر است که اگر چقرمگی شکست یک ماده کم باشد، آن ماده بهصورت ترد میشکند و هر چه چقرمگی شکست بالاتر رود احتمال شکست نرم افزایش مییابد.
- عدم انجام پیشگرمایش و نفوذ هیدروژن زیاد در منطقه جوش
- افزایش تنشهای پسماند
- وجود کربن زیاد در فلز پایه و ترد شدن منطقه جوش
- سرد شدن سریع جوش.
عوامل ایجاد حفرات سطحی (Surface Pore)
- ناخالصی و کثیفی در منطقه مورد جوشکاری و الکترود
- زاویه نامناسب دست نسبت به سطح قطعه کار
- عدم حفاظت گازی در فرایندهای تحت پوشش گاز
عوامل ایجاد چاله انتهایی (End Carter Pore)
- عدم مهارت جوشکار
- پر نشدن حوضچه مذاب از فلز پر کننده
- کثیفی سطح کار
عوامل ایجاد ذوب ناقص (Lack of Fusion or Incomplete Fusion)
- کافی نبودن انرژی ورودی
- عدم انتخاب صحیح اندازه و نوع الکترود
- مناسب نبودن طرح اتصال
- کافی نبودن گاز محافظ در فرایندها با پوشش گاز
- عدم تمیزکاری در بین پاسها.
نفوذ ناقص در پاس ریشه (Incomplete Root Penetration)
- پائین بودن شدت جریان
- زاویه نامناسب دست
- کثیفی درز
- کم بودن زاویه پخ.
بریدگی لبه جوش (Undercut)
- بالا بودن شدت جریان
- زاویه نامناسب و سرعت زیاد
- کالیبره نبودن دستگاه جوشکاری
- زیاد بودن طول قوس
انقباض ریشه جوش (Shrinkage Groove)
- مهارت ناکافی جوشکار در اضافه نمودن سیم جوش
- حرکت نامناسب دست.
فلز جوش اضافی (Excess Weld Metal)
- حرکت آرام دست جوشکار یا اضافه شدن بیش از اندازه سیم جوش
- استفاده از تکنیک نامناسب جوشکاری
نفوذ اضافی (Excess Penetration)
- آماده سازی نامناسب لبه (ناشی از فاصله زیاد بین دو قطعه و همچنین زاویه زیاد پخ)
- عدم مهارت جوشکار در حرکت دست
- تنظیم نبودن شدت جریان جوشکاری
- تمرکز حرارت بیش از حد.
زاویه نامناسب گرده جوش (Incorrect Weld Toe)
- عدم مهارت جوشکار در اضافه نمودن سیم جوش
- شیب بیش از اندازه قطعه کار.
سرریز شدن فلز جوش (Overlap)
- تکنیک نامناسب جوشکاری
- اضافه کردن سیم جوش بدون رعایت زاویه مناسب دست.
سوختگی از کنار (Burn Through)
- انحراف قوس همراه با طول قوس بلند
- بالا بودن شدت جریان
ساقهای نامساوی در جوش گوشه (Excessive Asymmetry of Fillet Weld)
- رعایت نکردن زاویه مناسب الکترود نسبت به قطعه کار.
تقعر ریشه جوش (Root Concavity)
- استفاده از الکترود با قطر بالا
- شدت جریان بیش از اندازه
- زاویه پخ زیاد در آماده سازی قطعات.
تخلخل در ریشه جوش (Root Porosity)
- آلودگی الکترود
- عدم حفاظت گازی در فرایندهای تحت پوشش گاز محافظ
- کم بودن فاصله دو قطعه نسبت به هم
- آلودگی سطح فلز پایه
شروع ضعیف قوس (Poor Restart)
- ذوب فلز پرکننده بدون ذوب فلز پایه
- زاویه نامناسب دست جوشکار
- شدت جریان کم و سرعت حرکت زیاد دست جوشکار.
گلویی جوش ناکافی (Insufficient Throat Thickness)
- استفاده از الکترود با قطر نامناسب
- سرعت زیاد جوشکاری
- شدت جریان پائین
- عدم مهارت جوشکار.
لکه قوس (Stray Arcing)
- عدم مهارت جوشکار
- عادت نادرست برخی جوشکارها هنگام شروع کار با الکترود جدید
- تشکیل لکه قوس اتفاقی در فاصلهای دورتر از محل جوشکاری به دلیل اتصال کابلها با قطعات فلزی.
پاشش جوش (Spatter)
- تنظیم نبودن متغیرهای مهم جوشکاری نظیر آمپراژ، ولتاژ و فاصله نوک الکترود از سطح کار
- بالا بودن بیش از حد شدتجریان جوشکاری به عنوان یکی از عوامل اصلی
- زاویه بیش از حد الکترود نسبت به سطح کار (معمولاً زوایای بیش از ۱۵ درجه نسبت به قائم در پاشش جوش موثر است)
- تنظیم نبودن جریان گاز محافظ.
عدم تقارن زوایهای (Angular Misalignment)
- عدم مونتاژ صحیح قطعات مورد نظر
- اعوجاج بیش از حد صفحات یا پروفیل نورد شده.
بازشدگی ناصحیح ریشه (Incorrect root gap of Fillet Weld)
- عدم مونتاژ صحیح قطعات مورد نظر.
عدم تقارن خطی (Linear Misalignment)
- عدم مونتاژ صحیح قطعات مورد نظر.
تخلخل خوشهای (Cluster Porosity)
تخلخل یا مک به شدت استحکام اتصال جوش داده شده را کاهش میدهد. قابل ذکر است که تخلخل سطحی به اتمسفر خورنده اجازه میدهد که فلز جوش را مورد حمله قرار دهد و موجب نقص در آن شود.
انواع تخلل در جوش شامل خطی، خوشهای، توزیع شده و سوراخهای کرمی است.
به طور کلی علت اصلی انواع تخلخل
- کثیفی درز اتصال و یا سطح فلز پایه، مثلاً آلودگیهای روغن، غبار، لکه یا زنگ
- شدت جریان کم
- عدم مهارت جوشکار
- حبس سرباره
- وجود مقادیر بالای گوگرد و فسفر در فلز پایه
- استفاده از الکترود نامناسب برای فلز پایه، مثلاً استفاده از الکترود با روکش شکسته یا ترک خورده و یا استفاده از الکترود مرطوب
- عدم محافظت گازی مناسب از جوش
- زمان ناکافی برای فعل و انفعالات متالورژیکی در حوضچه جوش.
اعوجاج و پیچیدگی و تاب برداشتن در جوشکاری (Distortion)
اعوجاج اثر ناخواسته انبساط و انقباض فلز حرارت دیده است.
اعوجاج تا حدی در تمام انواع جوشکاریها وجود دارد.
در بسیاری از موارد اعوجاج آنقدر کوچک است که بهسختی قابل رویت میباشد، ولی در بعضی از موارد مقدار اعوجاج آنقدر زیاد است که باید پیش از جوشکاری یا در هنگام جوشکاری و یا پس از جوشکاری تدابیری برای مبارزه با آن اتخاذ کرد.
انواع اعوجاج
- اعوجاج زاویهای
- اعوجاج طولی
- اعوجاج عرضی.
علل به وجود آمدن اعوجاج
- حرارت دادن
- عدم استفاده از وسایل مورد نیاز و مناسب برای مهار کردن قطعه
- تنشهای پسماند موجود در قطعه
- مناسب نبودن خواص قطعه کار
روشهای کنترل و کاهش اعوجاج
با اتخاذ تدابیر مناسب در طراحی و روشهای اجرایی موثر قبل، حین و بعد از جوشکاری میتوان باعث کاهش یا از بین رفتن اعوجاج شد. راههای کنترل اعوجاج قبل از جوشکاری به شرح زیر است.
- طراحی مناسب پخ و اتصال
- دقت در ساخت
- استفاده از گیره، بست و نگهدارندهها
- پیش گرم کردن به صورت سرتاسری و کامل قطعه
- خالجوش زدن.
راههای کنترل اعوجاج در حین جوشکاری
- روش جوشکاری گام به عقب (Back Step Welding)
- جوشکاری زنجیرهای منقطع (Intermittent Chain Welding)
- جوشهای روبروی هم منقطع در جوش از نوع گوشه (Intermittent Staggered Welding)
- جوشکاری متقارن (Balanced Sequence Welding)
- رعایت دمای بین پاسی
- استفاده از حداقل حجم جوش
- استفاده از تعداد پاس کمتر در جوشکاری لببهلب
راههای کنترل اعوجاج بعد از جوشکاری
- آرام سرد کردن
- صافکاری شعلهای ( حرارت دهی معکوس)
- آنیل کردن
- تنشزدایی
- نرمال کردن
- صافکاری مکانیکی
در سازههای فلزی ساختمان معمولاً روشهای قبل و حین جوشکاری اعمال میشود و سایر روشها بیشتر در کارهای صنعتی کاربرد دارد.