up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله جوشکاري زيرپودري PDF
QR code - جوشکاري زيرپودري

جوشکاري زيرپودري

جوشکاري زيرپودري يا SAMW(2)

دانه بندي: اندازه دانه هاي پودر جوش بخاطر تاثير برمصرف بهينه پودر جوش در جريان هاي جوش مختلف حائض اهميت است. در جريان هاي بيشتر از ۱۵۰۰ آمپر بايد از درصد ذرات ريز بيشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد. پودرهاي چسبيده شده که در جريان هاي کمتر استفاده مي شوند بستگي کمتري به اندازه ذرات دارند و عمدتا در يک سايز توليد مي شوند. حداکثر جريان مناسب براي اين نوع پودر ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ آمپر است. در حالي که برخي انواع پودر ترکيب شده (انواع سيليکات کليسم اصلاح شده ) را تا ۲۰۰۰ آمپر نيز مي توان بکار برد.
▪ ترکيب پودرهاي جوش
در زمان پيشرفت فرايند جوش زير پودري در اواسط دهه ۱۹۳۰ پودرهاي ترکيب شده حاوي ترکيبات سيليکاتي استفاده مي شدند که عمدتا حاوي آلومينا سيليکات منيزيم، کلسيم و منگنز بودند. براي تنظيم محدوده ذوب و ساختار آن از دياگرام MnO – SiO۲ استفاده مي شد. نتيجه جوشکاري با پودرهاي چسبيده شده تقويت شده، پس از ذوب و انجماد جوش در فلز جوش مشابه پودر ترکيب شده است. فروسيليم و اکسيد منگنز و سيلسيم فلاکس ترکيب مي شوند. لذا مقدار MnO نسبت به SiO۲ که براي جوش زير پودري مناسب است در قسمت جوش باقي مي ماند. انواع پودرهايي که توضيح داده شده براي دستيابي به خواص پيشرفته تر و هزينه اقتصادي تر و ظاهر مناسب تر گرده جوش در مقادير کمتر منگنز اصلاح شده اند. برخي ترکيبات پودرها با بازيسيته بيشتر (که مقادير CaF۲، CaO دارند) خواص مکانيکي بهتري در فلز جوش ارائه مي دهند و افزودن تيتانيوم پايداري قوس بيشتر و اکسيد فلزات خاص ظاهر جوش را در فولادهاي آلياژي بهبود مي دهند. براي رسيدن به ظاهر جوش مناسب در جوشکاري پرسرعت ورق ها خواص دمايي گرانروي فلاکس را بايد تنظيم کرد. فلاکس هاي کاربردهاي خاص براي منظورهاي خاص طراحي مي شوند.
● مقايسه پودر جوش زير پودري با پوشش الکترود
پودرهاي جوش زير پودري در مقايسه با مواد بکار رفته در پوشش الکترودهاي جوشکاري الکترود دستي چند تفاوت عمده دارند. فلاکس هاي جوش الکترود دستي حاوي ترکيباتي مانند سلولز براي ايجاد گاز محافظ است. همچنين ترکيباتي با تابع کاري پايين مانند اکسيد سديم و اکسيد پتاسيم براي کمک به شروع قوس و پايداري آن و مواد ديگري براي تقويت نفوذ، نرخ ذوب و استفاده از قطب هاي مختلف جريان به پوشش الکترود اضافه شوند. که پودرهاي جوش زير پودري غالبا به اين ترکيبات نيازي ندارند، زيرا وجود سرباره مذاب و دانه هاي کروي پودر از قوس حفاظت کرده و نيازي به گاز محافظ نيست. وجود ترکيبات سيليس و فلورايد عموما پايداري مطلوب قوس را تضمين مي کند و حداقل %۱۰ فلورايد کلسيم براي بهبود سياليست فلاکس مذاب به سيليکات هاي فلزي پودر اضافه مي شوند. پوشش هاي الکترود هاي جوش قوس الکترود دستي بخاطر اينکه بايد قابل اکسترود باشد و ساير ملزومات توليد داراي فرمول پيچيده اند وبرعکس آن پودرهاي جوش زير پودري ازترکيبات معدني ساده و از سيستم هاي دوتايي، سه تايي و يا چهار تايي انتخاب مي شوند. رايج ترين فلاکس ها از سيستم MnO – SiO۲ و يا CaO - SiO۲ تشکيل شده اند که مي توانند با اکسيدهاي آلومينيم، منيزيم، زيرکونيوم و تيتانيوم ترکيب شود و فلاکس هاي کاربردهاي خاص را به وجود آورند. فلاکس هاي الکترودهاي پوشش و فلاکس هاي جوش زير پودري به روش هاي متفاوتي دسته بندي مي شوند. استاندارد AWS A۵.۱-۶ الکترودها را برحسب نوع مواد پوشش فلاکس دسته بندي مي کند. و استاندارد A ۵.۱ ۷-۶۹ براي دسته بندي پودر جوش زير پودري به طبيعت شيميايي فلاکس ارتباطي ندارد فقط به خواص مکانيکي رسوب جوش که با الکترود مخصوص به وجود مي آيد مربوط است. در عمل بيشتر الکترود و فلاکس جوش زير پودري از روي ظاهر جوش انتخاب مي شوند تا در نظر گرفتن جنبه هاي فني.
● نقطه ذوب و نرخ ذوب پودرهاي جوش
يک پودر جوش موثر بايد دردماي بالا به خوبي سيال باشد و لايه روان و محافظ برروي فلز جوش ايجاد نمايد و آنرا از اکسيد شدن حفاظت کرده ولي در دماي اتاق ترد باشد و به آساني از روي جوش جدا شود. نقطه ذوب و چگالي فلاکس نيز بايد کمتراز فلز جوش باشد که گازهاي توليد شده بين فلز و سرباره بتوانند وارد سرباره شوند و براي تکميل وظيفه سرباره سازي بايد فلاکس پس از تکميل انجماد فلز جوش منجمد شود. لذا حد بالايي دامنه ذوب پودر جوش زير پودري حدود ۱۳۰۰ درجه سلسيوس مي باشد. مقدار فلاکس ذوب شده در هر دقيقه به ولتاژ و جريان جوش بستگي دارد و در جريان ثابت مقدار پودر ذوب شده در هر دقيقه با افزايش ولتاژ جوش افزايش مي يابد. در عمل معمولا وزن فلاکس ذوب شده و وزن الکترود ذوب شده برابرند.
● تاثير فلاکس بر ترکيب فلز جوش
واکنش هاي بين فلز جوش مذاب و پودر جوش ذوب شده در ضمن جوشکاري زير پودري شبيه واکنش بين مذاب و سرباره در فولاد سازي است. و لذا وظيفه سرباره مذاب کاهش ناخالصي هاي فلز جوش و تامين عناصري مانند منگنز و سيليکون براي فلز جوش است. چنانچه در قسمت الف شکل ۴ مشاهده مي شود با افزايش MnO درسرباره تا حدود ۱۰ درصد مقدار منگنز فلز جوش افزايش سريع دارد که به تدريج مقدار اين افزايش کم مي شود. لذا بسياري از فلاکس ها حاوي حدود %۱۰ اکسيد منگنز است. رابطه مقدار SiO۲ موجود در فلاکس و مقدارSi فلز جوش متفاوت است و تا هنگامي که SiO۲ موجود در سرباره حدود %۴۰ باشد سيليسم اندکي جذب نمي شود لذا فلاکس هاي تجاري و مخصوصا فلاکس هايي که براي جوش هاي با چند پاس توليد مي شوند مقدار زياد حدود %۴۰، SiO۲ دارند. برخي فلاکس ها مي توانند فروآلياژها را براي جوش تامين کنند. اکسيدهاي فلزي موجود در پودر مانند NiO، MnO۳، Cr۲O۳ باعث انتقال عناصر فلزي از سرباره به فلز جوش شوند. مقدار Cr۲O۳ فلاکس، ترکيب الکترود، ترکيب فلز پايه اي که بر روي آن فلز جوش رسوب مي کند بر مقدار سيليسم باقي مانده در فلز جوش تاثير مي گذارند.همه عواملي که زمان واکنش فلز - سرباره يا متوسط دماي حوضچه جوش را تغيير دهد، برتوزيع عناصر آلياژي باقي مانده در فلز جوش تاثير خواهد گذاشت. در شرايط طبيعي جوشکاري، سرعت حرکت مهمترين عامل در رسوب عناصر آلياژي است و نيز افزايش ولتاژ عموما باعث افزايش عناصر فلزي منتقل شده به فلز جوش مي شود.
● گرانروي و هدايت سرباره ها
براي اينکه فلاکس در برابر نفوذ گازهاي اتمسفري مقاوم باشد بايد گرانروي آن در منطقه جوش به اندازه کافي بالا باشد که در ضمن بتواند از سرريز شدن فلز مذاب و حرکت آن به سمت جلوي قوس که ممکن است باعث حبس سرباره در زير فلز جوش مذاب شود جلوگيري کند. از طرف ديگر به اندازه کافي سيال باشد که حل شدن سريع اجزاء غير فلزي مانند اکسيدها و خارج شدن گازها از فلز مذاب را ممکن سازد. ويسکوزيته فلاکس مذاب در دماي ۱۴۰۰ oC در حدود ۲ تا ۷ poises مي باشد. دانه هاي پودر جوش در دماي اتاق عايق الکتريکي هستند و مقاومت آنها با افزايش دما کاهش مي يابد و سرباره هاي مذاب در دماي حوضچه جوش بسيار هادي هستند.
▪ روابط الکتريکي :روابط الکتريکي منطقه جوش توسط نوع فلاکس و روش جوشکاري تعيين مي شود. بررسي هاي نوسان نگاري، اسپکتوگرافيک و راديو گرافيک، قوس طبيعي را در هنگام جوشکاري زير پودري نشان مي دهند. براي محاسبه روابط الکتريکي ثبت ولتاژ در بررسي هاي نوسان نگاري مهمترين عامل است.
▪ شرايط جوش: دانسيته جريان الکتريسته در سيم الکترود جوش زير پودري در مقايسه با مقدار آن در جوش الکترود دستي چندين برابر بزرگتر و نرخ ذوب و سرعت جوشکاري نيز بيشتر است. ارتباط بين ولتاژ معمول تجهيزات صنعتي و جريان نشان داده شده است. براي اين داده ها فرض شده که هر يک از تنظيمات جريان جوشکاري دامنه اي حدود ۱۰ ولت دارد، که در اين محدوده جوش سالم در ولتاژهاي بالاتر گرده جوش پهن تر و در ولتاژهاي پايين تر گرده جوش باريکتر مي دهند. در ولتاژ جوشکاري و مجموع و پتانسيل کاتد و آند با افزايش جريان جوشکاري افزايش مي يابند. و در هر جرياني با کاهش ولتاژ و يا مجموع پتانسيل کاتد و آند مقدار پودر ذوب شده کاهش مي يابد و به صفر نزديک مي شود. خطي نبودن کاهش پتانسل کاتد و آند نشان دهنده وجود هدايت الکتروليتي است. حداکثر سرعت جوشکاري قابل استفاده براي جوشکاري بدون عيب و رفتار پايدار، با جريان جوشکاري تغيير مي کند. هنگامي Undercut رخ مي دهد که جوشکاري در سمت راست خط مورب انجام شود. مثلا جوش تک پاس را در ورق هاي به ضخامت ۱ اينچ را مي توان با ۱۵۰۰ آمپر و با سرعت ۱۰ اينچ در دقيقه جوش داد.
فاصله نازل : فاصله بين سطح فلز پايه و نوک لوله تماس (نازل) در گرماي وارده به جوش و لذا نرخ ذوب تاثير مي گذارد. زيرا نرخ ذوب الکترود جوش مجموع ذوب شدن براثر گرماي قوس و ذوب شدن براثر گرماي مقاومت الکتريکي (I۲R) در طول الکترودي که از نازل خارج شده است مي باشد. بسته به طرح اتصال و طول قوس، انتهاي الکترود ممکن است بالاتر، هم سطح يا زير سطح بالايي فلز پايه باشد. نرخ ذوب ناشي از گرماي مقاومتي I۲R در الکترود تابع نمايي از طول الکترود بين نازل و قطعه کار، جريان و قطر الکترود مي باشد. افزايش مقدار ذوب بر اثر گرماي مقاومتي به شدت جريان و طول الکترود خارج از نازل وابسته است، که هر دو تابعي از قطر الکترود مي باشند
نفوذ :نفوذ، عمق تشکيل رسوب جوش درشيار يا سطح فلز پايه است که معمولا فاصله زيرسطح اصلي است، که فلز آن ذوب شده است. ولتاژ کم اهميت ترين و جريان جوشکاري مهمترين عامل در محاسبه نفوذ و سرعت جوشکاري است. تاثير متقابل ولتاژ، جريان و سرعت حرکت جوش بر مقدار نفوذ که از چندين آزمايش زير پودري بدست آمده اند. براي ساير فرايندهاي جوش قوس، GMAW و SMAW نيز رابطه خطي مشابهي بدست آمده است. شيب اين خط مورب در فرايندهاي مختلف متفاوت است و بيشترين مقدار آن مربوط به فرايندهايي است که از گازهاي محافظ هليم يا CO۲ استفاده مي کنند. ظرفيت حرارتي فلز جوش مذاب براي محاسبات گرماي ورودي و سرعت سردشدن داراي اهميت هستند و با مقطع عرضي گرده جوش که نشان دهنده مقدار فلزي است که براي ذوب شدن گرم مي شود، متناسب است. بازده توليد براي هر روش جوشکاري به اندازه گيري اين ناحيه مربوط مي شود. ارتفاع گرده جوش با افزايش جريان جوشکاري و کاهش سرعت حرکت جوشکاري افزايش مي يابد و تاثير ولتاژ برگرده جوش ناچيز است.
رقت: نسبت فلز پايه به رسوب فلز جوش عامل مهم در کنترل خواص مکانيکي فلز جوش است. رقت فلز جوش از فلز پايه را مي توان از روي نسبت حجم گرده (سطح مقطع عرضي درطول گرده) بر فلز پايه حساب کرد. رقت فلز جوش از فلز پايه با افزايش نسبت جريان به سرعت جوشکاري افزايش مي يابد. با افزايش ولتاژ نرخ ذوب الکترود اندکي کمتر شده و لذا باعث افزايش رقت مي شود.
بازيسيته پودر جوش :انديس بازي پودر جوش (BI) معيار ديگري براي طبقه بندي پودرهاي جوش است که مقدار اسيدي بودن روش توليد فلاکس را و همچنين فعال ، خنثي يا آلياژي بودن فلاکس را مشخص مي کند. انديس بازي نسبت مجموع اکسيدهاي فلزي با پيوند سخت به مجموع اکسيدهاي فلزي با پيوند سست است. انديس بازي برآوردي از مقدار اکسيژن فلز جوش است و لذا مي تواند براي بيان خواص فلز جوش بکار رود. پودرهاي جوش با بازيسيته بيشتر تمايل به داشتن اکسيژن کمتر و استحکام بالاتر در فلز جوش دارند. در حالي که پودرهاي جوش اسيدي، جوشي با اکسيژن بيشتر ، ريز ساختار درشت تر و با مقاومت کمتر در مقابل تورق توليد مي کنند.پودرهاي جوشي با انديس بازي بيشتر از ۵ ۱ پودر جوش بازي و با انديس بازي کمتر از يک ، پودر جوش اسيدي شناخته مي شوند. پودرهاي جوش اسيدي معمولا براي جوش هاي تک پاس مناسبند و رفتار جوش مناسب و در گرده جوش خاصيت ترکنندگي خوب دارند.علاوه برآن پودرهاي جوش اسيدي در مقايسه با پودرهاي جوش بازي مقاومت بيشتري در برابر ايجاد تخلخل ناشي از آلودگي هاي چون روغن ، زنگ و پوسته هاي نوردي در ورق دارند.پودرهاي جوش بازي در مقايسه با پودرهاي جوش اسيدي مقاومت به ضربه بهتري نشان مي دهند. اين مزيت در جوش چند پاس به وضوح مشهود است. پودرهاي جوش با بازيسيته زياد در جوش هاي بزرگ با چند پاس خواص ضربه خيلي خوب و در جوش تک پاس خواص ضعيف تري را در مقايسه با پودرهاي جوش اسيدي نشان مي دهند. لذا مصرف پودرهاي جوش بازي بايد به جوش هاي بزرگ چند پاس که در آن استحکام ضربه خوب براي فلز جوش نياز باشد محدود شود.
● منابع عيوب در جوش زير پودري
جوش زيرپودري فرايندي با گرماي ورودي بالاست و در زير لايه محافظ فلاکس انجام مي شود و لذا امکان بروز عيوب جوش در اين روش بسيار کمتر از ساير روش هاست. عيوبي که بعضا در جوش زيرپودري رخ مي دهند عبارتند از:
ذوب ناقص
سرباره باقيمانده درون جوش
ترک انقباضي
ترک هيدروژني
تخلخل
ذوب ناقص و سرباره باقيمانده درون جوش : ذوب ناقص و سرباره باقيمانده درون جوش اغلب ناشي از قرار گرفتن صحيح گرده جوش بر روي درز جوش و يا از فرايند ناشي مي شود. انحراف گرده جوش از محل خود باعث ايجاد چرخش و تلاطم فلز مذاب و اکسيژن تکه هايي از سرباره به درون فلز جوش شود. و اگر هم که گرده جوش دور از لب هاي اتصال باشند باعث عدم نفوذ کافي جوش به فلز پايه شود. گرده جوش تاجي شکل که براثر پايين بودن ولتاژ ايجاد مي شود نيز احتمال بروز نفوذ ناقص و محبوس شدن سرباره را بخاطر مختل شدن حرکت يکنواخت مذاب تشديد مي کند.
ترک انقباضي :ترک انقباضي در وسط طول گرده جوش زير پودري هنگامي رخ مي دهد که شکل گرده جوش و يا طرح اتصال مناسب نباشد و يا مواد جوش غلط انتخاب شده باشند. متمايل به ترک انقباضي در جوش با گرده جوش محدب و به شکل گرده ماهي هنگامي که نسبت پهنا به ارتفاع آن بيشتر از يک باشد کمتر است. هنگامي که عمق نفوذ جوش زياد باشد تنش هاي انقباضي باعث ترک طولي در وسط جوش مي شود و خطر اين ترک مي تواند براثر طرح اتصال نامناسب تشديد شود. مواد مستحکم تر بدليل تنش بيشتر در جوش تمايل بيشتري به ايجاد ترک دارند. لذا هنگام استفاده از اين مواد بايد در انتخاب مواد جوش، آماده سازي طرح اتصال، دماي پيش گرمايش و دماي بين پاس ها کاملا دقت شود.
ترک هيدروژني :ترک هيدروژني يک فرايند کند است و برخلاف ترک انقباضي که بلافاصله پس از جوش ظاهر مي شود ايجاد آن تا روزها پس از جوش نيز مي تواند ادامه يابد. براي کاهش خطر ترک هيدروژني بايد همه منابع هيدروژن مانند آب ، روغن و آلودگي هاي موجود در فلاکس الکترود و سطوح اتصال حذف شوند و ورق فلاکس و الکترود کاملا تميز و خشک باشند. فلاکس و الکترود را بايد در محل هاي خشک و مقاوم به رطوبت نگهداري کرد و چنانچه در معرض رطوبت قرار گرفت بايد طبق دستور سازنده مجددا خشک شوند. انتخاب مواد جوش مناسب براي فولادهاي پراستحکام مقاومت جوش را در برابر ترک هيدروژني افزايش مي دهد. مواد جوش ويژه مقاوم در برابر ترک هيدروژني ساخته مي شوند که قابليت نفوذ هيدروژن در جوش را کاهش مي دهند. پيش گرمايش قطعه کار خطر ترک هيدروژني را باز هم کاهش مي دهد. قطعات ضخيم گرماي پيش گرم را تا ساعت ها پس از جوشکاري در قطعه نگه مي دارند. لذا خطر ترک هيدروژني در اين قطعات کمتر است. دماي پيش گرم مناسب بيشتر از ۱۰۰ oC است زيرا در اين دما هيدروژن درون فولاد کاملا متحرک است و به خروج بيشترين مقدار هيدروژن از فولاد کمک مي کند.
تخلخل :درجوش زير پودري سرباره حفاظت خوبي از مذاب انجام مي دهد و لذا تخلخل ناشي از ورود گاز به مذاب در جوش زير پودري معمول نيست. در جوش زيرپودري منشاء تخلخل ممکن است از درون مذاب و يا فشردگي هايي در سطح گرده جوش باشد. براي کاهش تخلخل در جوش زير پودري بايد پوشش فلاکس کافي باشد و ورق، الکترود و فلاکس از همه آلودگي ها از جمله رطوبت روغن و غيره پاک باشند. در سرعت هاي بيش از حد جوش کاري نيز حباب هاي گاز فرصت خارج شدن از مذاب را پيدا نمي کنند که در صورت وجود حباب ها درست در زير سرباره براي کنترل آن بايد سرعت پيشروي جوشکاري را اندکي کاهش داد.

براي انجام عمل جوشکاري چهار منبع اصلي انرژي وجود دارد که عبارتند از: ·انرژي الکتريکي ·انرژي شيميايي ·انرژي مکانيکي ·انرژي تشعشعي انرژي الکتريکي: از ان ...

جوشکاري و برشکاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشکاري بوده که در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کيفيت ، سرعت و قابلي ...

جوشکاري و برشکاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشکاري بوده که در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کيفيت ، سرعت و قابلي ...

محمد کريمي http: weld.blogfa.com ليزر يک نام اختصاري به معني تقويت نور با انتشار برانگيخته تابش است . فرآيند به برخورد يک اشعه نور تکرنگ همفاز جهت دا ...

مقصود از اين آلياژها، آلياژهايي است که اجزاي اصلي آن ها را آهن و کربن تشکيل مي دهند. در حدود ۰.۰۱ درصد از کربن حل شده در آهن، تشکيل محلول جامدي را مي ...

قوس برقي در سال ۱۸۰۷توسط سرهمفري ديوي کشف شد ولي استفاده از آن در فلزات به يکديگر هشتاد سال بعد از اين کشف يعني در سال ۱۸۸۱ اتفاق افتاد. فردي به نام آ ...

در نظر بگيريد در کارخانه اي بزرگ که تعداد زيادي پروژه در دست انجام است مسوول کنترل کيفي و يا ناظر هستيم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاري برخورد ميکني ...

دي اکسيد کربن از گازهاي ديگري که در روش قوس الکتريکي استفاده مي شوند، ارزانتر است. اولين گازي که دردستگاه هاي تمام اتوماتيک بکار رفت دي اکسيد کربن بود ...

دانلود نسخه PDF - جوشکاري زيرپودري