جوشکاری فولادهای آستنیتی منگنز دار

.

نکته جالب توجه اینکه برعکس اغلب فولادها این گروه از فولاد بعد از کوینچ یاسریع سرد شدن در آب چقرمه تر یا سمج تر می شوند اما تحت عملیات حرارت دادن مجدد یاتمپرکردن ترد می شوند. عملیات حرارتی معمول در فولادهای آستنیتی حرارت دادن وآوستینیته کردن حدود          (1800 -1950°F) 980 – 1060°C  برای مدت حدود 30 -20دقیقه و سریع سرد کردن در آب است تا خواص مکانیکی مطلوب بدست آید . بالای این دماساختار کاملا' آستنیتی می باشد . اگر قطعه در زمان کافی و درجه حرارت مناسب قرارگرفته و در آب سریع سرد شود ساختار بوجود آمده زمینه روشن و با مرزدانه ها و ذراتریز سرباره یا اکسیدها دیده می شود.  (زمینه روشن آوستینت است) .

در حین عملیات حرارتی بویژه در درجات حرارت بالا ، لایه نازکی از سطح دکربوره واحتمالا' مقداری از منگنز هم می سوزد که در حین سریع سرد شدن بصورت مارتنزیتی همراهبا ' ترک ' های ریز در می آید که از نظر خواص مکانیکی ضعیف بوده ولی خاصیت مغناطیسیدارد . این موضوع بویژه در قطعات نازک و آنهایی که تحت نیروهای خستگی زا قرار میگیرند ممکن است قابل توجه باشد و در بعضی موارد ضرورت ایجاب می کند تا این لایهتراشکاری شود . این پدیده در حین برشکاری یا جوشکاری نیز ممکن است اتفاق بیفتد . تبدیل و تغییر فاز ممکن است در درجه حرارت ثابت در اثنای حرارت دادن مجدد در درجهحرارت بالای Alupper ایجاد شده و ساختاری شامل ورقه هایکاربید و پرلیت بوجود آورد . (کاربید در درجه حرارت °C 593 - 538 (F 1100 - 1000 ) و پرلیت °C 760- 538 F 1400 -1000 ظاهر می شوند . تغییر فاز از مرزدانه ها شروع شده و ترکیب شیمیایی تاثیرقابل ملاحظه ای بر روی ساختار بوجود آمده دارد . بهر حال نتیجه این تغییرات کاهشاستحکام و انعطاف پذیری است.

با توضیحات بالا می توان گفت که تبدیل و تغییرات از درجه حرارت محیط تا °C 482 (F 900 ) اتفاق نمی افتد بنابراین باید توجه کرد که قطعات جوش داده شده را نبایدبهیچوجه تحت عملیات حرارتی پس گرم یا تنش زدایی قرار داد . بطور کلی این فولادنباید بالا °C 316 (F 600 ) تحت حرارت مجدد قرار گیرد ، مگر در شرایط خاص و زمانبسیار کوتاه . از طرف دیگر این فولادها شدیدا' تحت کار سرد سخت می شوند . اگر قطعهای که تحت کار سرد قرار گرفته است مواجه با حرارت دادن مجدد شود ترد شدن آن خیلیسریع تر اتفاق می افتد چون نطفه های بیشتری برای تغییر فاز وجود دارد . این لایهنازک است و در ضمن حرارت دادن زیر قوس الکتریکی ذوب می شود ، اما در شرایطی کهکیفیت ویژه برای اتصال تقاضا شود باید حتی المقدور این قشر کار سختی شده را با دقتسنگ زده یا تراشید .

ضریب انبساط حرارتی فولادهای آستنیتی منگنز دار شبیه فولادهای آستنیتی کرمنیکل دار بوده و تقریبا' یک ونیم برابر فولادهای فریتی است که خود مشکلاتی را ازنظر تنش های حرارتی و انقباضی در حین گرم و سرد شدن بوجود می آورد . خواص مکانیکیاین گروه فولادها بین °C 204 تا 45- F 400 تا 50-  عالی است و بطور کلی برایموارد سایش بیشتر بکار می رود .

فقط روش های جوشکاری با قوس الکتریکی برای فولادهای منگنزی توصیه می شود ، زیرابا توجه به توضیحات در مقدمه ، حرارت دادن مجدد این فولادها که قبلا' سمج یا چقرمهشده باعث از دست دادن شدید استحکام کششی و انعطاف پذیری آنها می شود ، بنابراین هرفرآیند جوشکاری که تناوب طولانی حرارت داشته باشد مناسب نیست ( جوشکاری با گاز یاشعله ) جوشکاری مقاومتی نیز بر روی فولادهای منگنز دار متداول می باشد .

از پیش گرم کردن قطعه فولاد آستنیتی منگنز دار قبل از جوشکاری اکیدا' باید پرهیزکرد . علاوه بر فلز اصلی قطعه کار فلز جوش رسوب داده شده نیز تحت حرارت دادن مجددنباید قرار گیرد هر چند این تاثیر ناشی از حرارت مجدد با بهسازی هایی که در تولیدفلز پر کننده یا الکترود پیش بینی شده تا حدودی محدود است و فقط باعث ضخیم شدنمرزدانه ها می شود . بهسازی در الکترود یا مفتول جوشکاری شامل کاهش هر چه بیشترکربن و افزودن بعضی عناصر کند کننده تبدیل فاز می باشد .

جوشکاری فولاد آستنیتی منگنزی به فولادهای دیگر ( کربنی و کم آلیاژی ) فقط بااستفاده از فلز پرکننده فولاد منگنزی امکان پذیر است و در صورتی که با تفکیک صحیحجوشکاری کار شود بهترین نتیجه وقتی حاصل می شود که میزان فسفر در مفتول یا الکترودکمتر از 025/0% و منگنز بیش از 14 درصد و ' میزان امتزاج ' در لبه فولاد غیر منگنزیکمتر از 25 درصد باشد . در غیر اینصورت ممکن است ترک برداشتن در جوش یا مجاور آناتفاق افتد . هرگز نباید از مفتول یا الکترود فولاد کربنی یا کم آلیاژی در اینموارد استفاده شود . بعضی جوشکارها مفتول فولاد زنگ نزن 308 را ترجیح می دهند . البته باید عمق نفوذ و میزان امتزاج پایین نگهداشته شود .

انواع گوناگونی از الکترود جوشکاری با ترکیبات متفاوت برای جوشکاری این گروهفولادها تولید و عرضه می شود که بعضی از آنها صرفا' برای عملیات سطحی رسوب دادنلایه سخت در مواضع تحت سایش زیاد مناسب است .

 آنالیز تقریبی فلز جوش عبارتنداز:

C 0.75% , Mn 14.5% , P 0.021% , Si 0.65% , Ni 3.5% , Cr 0.4%

 

علیرغم بهبود در کیفیت الکترود جوشکاری برای این گروه فولادها ، توجه و مهارت درفرآیند جوشکاری و رسوب دادن فلز جوش و بعضی تاثیرات در منطقه مجاور جوش حائز اهمیتاست .

الکترود با منگنز بالا صرفا' بمنظور پرکردن مواضع سائیده شده بکار می رود ودر مقابل الکترود منگنز مولیبدن دارای سمجی و چقرمگی کمتری است . معمولا' سازنده هابا توجه به سوختن و از دست رفتن بعضی عناصر آلیاژی در حین جوشکاری ، مقدار اضافی درترکیب الکترود یا مفتول پیش بینی می کنند اما طبیعی است که اگر جوشکاری با طول قوسزیاد از حد یا بهم زدن غیر معمول ( Pudding ) حوضچه جوش و یا عدم رعایت نکات دیگرانجام شود مقدار اضافی سوختن موثر موجب تقلیل خواص و کیفیت فلز جوش رسوب داده شدهمی شود .

الکترودهای دستی فولاد منگنزی بصورت های گوناگون سیم آلیاژی پوشش دار ، سیمبا عناصر آلیاژی در پوشش آن و لوله ای با عناصر آلیاژی در مغز آن تولید و عرضه میشود .

با توجه به مقدمه و توضیحات بالا می توان خلاصه روش جوشکاری و نکات مهممربوطه برای حفظ کیفیت خوب در فلز جوش (استحکام و سمجی بالا ) را با الکترود دستیبصورت زیر خلاصه کرد :

1 ) جوشهایی که یک یا هر دو جزء مورد اتصال ار فولاد آستنیتی هستندباید از الکترودهای منگنزی یا زنگ نزن ( کرم نیکل دار ) استفاده کرد .

2 )از فرآیند جوشکاری با شعله یا اکسی استیلن استفاده نشود ، احتمالایجاد تردی در فلز قطعه کار و جوش وجود دارد .

3 )الکترود را باید در جای خشک نگهداری کرده و یا قبل از استفاده آنراپخت یا خشک کرد .


4 )رعایت نکات و دستورات سازنده الکترود در مورد قطب و نوع جریانالکتریکی مصرفی الزامیست.


5 ) تمیز کردن کامل رنگ ، چربی و آلودگی های دیگر از سطح و لبه موردجوش

6 )تا آنجا که ممکن است قشر سطحی سخت شده در اثر کار سرد در مسیرجوشکاری برطرف شود چون لایه مذکور دارای ساختار مارتنزیتی بوده و حساسیت زیادی دربرابر ترکیدگی دارد .

7 ) هر نوع عیب سطحی نظیر ذرات ماسه سوخته شده یا محبوس شده ، خلل وفرجهای انقباضی shrinkage  porosity و ترکیدگی ها باید قبل از جوشکاری برداشته شوند .

8 )در تعمیرات مربوط به ' ترکیدگی ' ، فلز اطراف ' ترک ' تا عمق آنبرداشته شده و ابتدا و انتهای مسیر پیشرفت ترک را نیز با سوراخ کردن با جوش عرضیبست . البته این موضوع خیلی ساده هم نیست چون انتهای عمق ترکیدگی در قطعه براحتینمی توان تشخیص داد

9 )کوبیدن peening بدون توقف بر روی فلز جوش در حالت گداختگی کمکی درکاهش تنش های داخلی انقباض در اثنای سرد شدن و تقلیل پیچیدگی می کند .

10 )هرگز فولاد آستنیتی منگنز دار را با الکترود فولاد کربن یا کم آلیاژینباید جوش داد .

11 )حرارت داده شده بازای هر اینچ باید در حد می نیمم ( با توجه به ایجادجوش سالم ) نگهداشته شود حرارت داده شده در واحد طول را می توان با فرمول ساده زیرمحاسبه کرد :


H = E.I.60 / S

S = سرعت پیشرفت جوشکاری (سانتیمتر در دقیقه)

I = شدت جریان (آمپر)

E = اختلاف پتانسیل قوس (ولت)

H = حرارت داده شده در هر سانتیمتر (ژول بر سانتیمتر)

درجه حرارت قسمت مجاور جوش پس از یکدقیقه رسوب فلز جوش °C 316 (F 600) تجاوزنکند کاربرد سیستم اندازه گیری درجه حرارت کار در حین جوشکاری مفید است

/ 2 نظر / 68 بازدید
جلیل

سلام بابت وبلاگ خوب و مطالب مفیدتون بهتون تبریک میگم مطلبتون در مورد فولاد منگنزی برای من مفید و قابل استفاده بود لازم دونستم ازتون تشکر کنم[گل]

حسن

سلام. من دانشجوی متالورژی هستم و این ترم پروژه دارم با موضوع جوشکاری فولادهای TWIP (فولادهای منگنزدار آستنیتی). مطلب برای آن خیلی محدوده شما میتونین به من کمک کنین؟ از حسن توجه بسیار متشکرم.