وقتی صبحت از جوشکاری چدن به میان می آید یعنی یک گوشه قطعه ای چدنی یا ترک برداشته یا شکسته و جوشکار نگران و پر استرس از این واقعه است. در حالیکه با چند تکنیک و نکته مهم در جوش چدن میتوان بر این مشکل نه براحتی اما فائق آمد.

چدن چیست ؟

چدن از آهن و کربن به نسبت های مختلف ساخته شده است و عناصر اضافی مانند منگنز، سیلیکون، کروم، نیکل، مس، مولیبدن و غیره برای افزایش خواص خاص به همراه دارد. علاوه بر این، ممکن است حاوی سطوح بسیار بالاتری از گوگرد و فسفر باشد، زیرا ناخالصی‌ها باعث می‌شود جوشکاری بدون ترک خوردن مشکل شود. 

 

گریدهای مختلف چدن شامل آهن خاکستری، آهن سفید، چدن داکتیل (ندولار) و آهن چکش خوار با قابلیت جوش پذیری بسیار متفاوت است. تمام دسته های چدن به جز آهن سفید قابل جوش هستند، اگرچه جوشکاری می تواند به طور قابل توجهی در مقایسه با جوشکاری فولاد کربنی دشوارتر باشد. با این حال، تشخیص تفاوت بین این انواع مختلف چدن بدون تجزیه و تحلیل متالورژیکی دقیق می تواند دشوار باشد. با وجود این، چدن بادوام است،

آیا جوشکاری چدن دشوار است؟

همانطور که در بالا ذکر شد، جوشکاری چدن به دلیل ترکیب خاص آن ممکن است دشوار باشد، اما اگر از روش صحیح جوشکاری برای جلوگیری از ترک خوردن استفاده کنید، غیرممکن نیست. این شامل گرمایش و سرمایش دقیق، اغلب شامل پیش گرم کردن، انتخاب صحیح میله های جوشکاری و اجازه دادن به قطعه برای خنک شدن آهسته است.

مراحل پیش از جوشکاری چدن

تعدادی از مراحل کلیدی وجود دارد که می توان برای اطمینان از جوشکاری موثر چدن انجام داد. این شامل:

1. شناسایی آلیاژ
2. تمیز کردن بازیگران
3. انتخاب دمای پیش گرمای صحیح
4. انتخاب روش جوشکاری مناسب

1- آلیاژ را شناسایی کنید

چدن شکل‌پذیری ضعیفی دارد، از این رو می‌تواند به دلیل تنش‌های حرارتی هنگام گرم شدن یا سرد شدن سریع ترک بخورد. حساسیت به ترک بستگی به نوع/دسته چدن دارد. این بدان معناست که لازم است بدانید با چه نوع آلیاژی کار می کنید:

چدن خاکستری

این رایج ترین نوع چدن است. این اساسا یک آلیاژ آهن-کربن-منگنز-سیلیکون با 2.5-4 درصد کربن است. کربن در حین ساخت در ساختار کریستالی فریت یا پرلیت به تکه های گرافیت رسوب می کند. 

با این حال، این تکه های گرافیتی می توانند در حین جوشکاری حل شوند و به صورت مارتنزیت با کربن بالا رسوب کنند و ناحیه متاثر از حرارت و فلز جوش را شکننده کنند.

چدن سفید

چدن سفید عاری از گرافیت است و حاوی کربن به صورت ترکیبی به عنوان کاربیدهای فلزی است که ریزساختار را شکننده می کند. آهن سفید به طور کلی غیر قابل جوش در نظر گرفته می شود.

چدن داکتیل (ندولار)

آهن داکتیل از نظر ترکیب مشابه آهن خاکستری است اما میزان ناخالصی آن در مقایسه با آهن خاکستری پایین است. 

برخلاف آهن خاکستری که حاوی کربن به شکل ورقه های گرافیتی است، آهن شکل پذیر حاوی گرافیت به صورت کروی در ماتریکس خود است. بقیه ماتریس عمدتا پرلیت با یک ناحیه فریت در اطراف کروی های گرافیتی است.

آهن چکش خوار

آهن چکش خوار، آهن سفید عملیات حرارتی شده با محتوای کربن به میزان قابل توجهی در مقایسه با آهن سفید است. بسته به عملیات حرارتی مورد استفاده، معمولاً ساختاری از فریت یا پرلیت با گره‌های گرافیت دارد و از این رو در مقایسه با آهن سفید استاندارد شکل‌پذیری بیشتری دارد.

ساده ترین راه برای تعیین اینکه با کدام نوع چدن می کنید، بررسی مشخصات اصلی است. تجزیه و تحلیل شیمیایی و متالوگرافی نیز می تواند به شناسایی دسته چدنی که با آن کار می کنید کمک کند. راه های دیگری نیز برای تشخیص تفاوت بین آلیاژها وجود دارد. آهن خاکستری در امتداد نقطه شکست خاکستری نشان می دهد، در حالی که آهن سفید به دلیل سمنتیت موجود در آن، رنگ سفیدتری در امتداد شکستگی نشان می دهد. با این حال، برای مثال، چدن داکتیل، شکستگی سفیدتری را نیز نشان می‌دهد، اما قابلیت جوش‌پذیری بیشتری دارد.

2-تمیز کردن

مهم است که چدن را قبل از جوشکاری تمیز کنید، تمام مواد سطحی مانند رنگ، گریس و روغن را پاک کنید و به ناحیه جوش توجه ویژه ای داشته باشید. پوست ریخته گری ممکن است از طریق آسیاب برداشته شود. 

ضروری است که سطح تمیز شده با مواد معدنی پاک شود تا گرافیت باقیمانده سطح قبل از جوشکاری پاک شود. پیش گرم کردن آهسته ناحیه جوش برای مدت کوتاهی به حذف هرگونه رطوبت محبوس شده در ناحیه جوش مواد پایه کمک می کند.

3- انتخاب صحیح دمای پیش گرما

مهمترین عامل در جلوگیری از ترک تنشی در چدن، کنترل گرمایش/سرمایش است. این برای به حداقل رساندن تنش های پسماند ایجاد شده در طول فرآیند گرمایش و سرمایش است.

گرمایش موضعی، مانند حرارتی که در طول جوشکاری با آن مواجه می‌شویم، منجر به انبساط محدود می‌شود، زیرا HAZ توسط فلز خنک‌تر اطراف مهار می‌شود. گرادیان حرارتی تنش حاصل را تعیین می کند. فلزات انعطاف پذیر مانند فولاد می توانند تنش را با کشش کاهش دهند، اما چون چدن ها شکل پذیری ضعیفی دارند در عوض در معرض ترک خوردن هستند. پیش گرمایش گرادیان حرارتی بین HAZ و بدنه ریخته‌گری اطراف را کاهش می‌دهد و تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری را به حداقل می‌رساند. 

 

پیش گرم کردن چدن قبل از جوشکاری سرعت خنک شدن جوش و ناحیه اطراف آن را کاهش می دهد. در صورت امکان، کل ریخته گری را گرم کنید. حداقل دمای پیش گرمای معمولی از 100 تا 400 درجه سانتیگراد بسته به نوع چدن و سختی مجاز HAZ است. هرگونه پیش گرمایش باید به آرامی و یکنواخت انجام شود.

برای جوشکاری چدن از کدام نوع جوش می توان استفاده کرد؟

از نظر تئوری، می توان از هر یک از فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی متداول مانند جوشکاری قوس الکتریکی دستی، جوشکاری با هسته شار، جوشکاری با گاز فعال فلزی، جوشکاری زیر آب، جوشکاری قوسی تنگستن و غیره استفاده کرد، فرآیندی که گرمایش و سرمایش آهسته را تسهیل می‌کند. ارجح.

1. جوشکاری قوس فلزی دستی (MMA)

این نوع جوشکاری که به عنوان جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) نیز شناخته می‌شود، عموماً بهترین فرآیند کلی برای جوشکاری چدن است – مشروط بر اینکه از میله‌های جوشکاری صحیح استفاده شود. انتخاب الکترود به کاربرد، تطابق رنگ مورد نیاز و میزان ماشینکاری پس از جوش بستگی دارد.

دو نوع الکترود اصلی برای جوشکاری قوس فلزی دستی بر پایه آهن و پایه نیکل هستند. الکترود مبتنی بر آهن، فلز جوش با مارتنزیت کربن بالا تولید می‌کند، از این رو به طور کلی به تعمیر جزئی ریخته‌گری و زمانی که تطابق رنگ مورد نیاز است، محدود می‌شود. الکترودهای آلیاژ نیکل رایج ترین مورد استفاده هستند که فلز جوش انعطاف پذیرتری را ارائه می دهند. الکترودهای نیکل همچنین می توانند با ایجاد یک فلز جوش با استحکام کمتر به کاهش پیش گرمایش و ترک خوردگی HAZ کمک کنند.

در همه موارد، باید مراقب بود که ذوب فلز اصلی به حداقل برسد. این رقت را به حداقل می رساند. 

2. جوشکاری MAG

در جوشکاری MAG به طور کلی با مواد مصرفی و سیم جوش نیکل انجام می شود. مخلوط گاز آرگون 80% تا 20% دی اکسید کربن برای اکثر کاربردها کارایی دارد. در حالی که می توان از سیم لحیم کاری استفاده کرد، معمولاً توصیه نمی شود زیرا فلز لحیم کاری به طور قابل توجهی ضعیف تر از ریخته گری است.

3. جوشکاری TIG

جوشکاری TIG می‌تواند یک جوش تمیز روی چدن ارائه دهد، اما به دلیل ویژگی‌های گرمایش بسیار موضعی آن معمولاً ترجیح داده نمی‌شود. مانند تمام جوش‌های TIG، کیفیت جوش تمام‌شده تا حد زیادی توسط مهارت جوشکار تعیین می‌شود.

4- جوش اکسی استیلن

مانند جوشکاری قوس الکتریکی، اکسی استیلن هم از فیلر استفاده می کند، اما به جای قوس تولید شده توسط جریان الکتریکی، این فرآیند از مشعل اکسی استیلن برای تولید گرما استفاده می شود . شدت حرارت کم و حرارت آهسته مرتبط با فرآیند منجر به یک HAZ بزرگ می شود، اما گرمایش آهسته در جلوگیری از تشکیل مارتنزیت کربن بالا در HAZ مفید است. شدت گرمای کم فرآیند مستلزم پیش گرمایش تا دمای بالاتر، معمولاً در منطقه 600 درجه سانتیگراد، برای امکان پذیر ساختن جوش است. برای جوشکاری از شعله خنثی یا کمی کاهنده استفاده می شود.

5- جوش بریزی

از جوشکاری بریز ممکن است برای جوشکاری قطعات چدن استفاده شود، زیرا کمترین تأثیر را بر روی خود فلز پایه دارد. یک بار دیگر، یک میله پرکننده برای این فرآیند استفاده می شود، به جز اینکه به دلیل نقطه ذوب پایین پرکننده، به جای رقیق شدن در حوضچه جوش، به سطح آهن می چسبد.

مانند سایر تکنیک ها، تمیز کردن سطح در جوشکاری بریز اهمیت دارد. می توان از فلاکس برای جلوگیری از تشکیل اکسیدها، ترویج خیس شدن، تمیز کردن سطح و اجازه دادن به پرکننده بر روی فلز پایه استفاده کرد.

لحیم کاری TIG نیز امکان پذیر است، با استفاده از یک آمپر کمتر برای گرم کردن قطعه کار در حالی که از ذوب چدن جلوگیری می شود. پوشش گاز آرگون مشعل از ناحیه لحیم کاری محافظت می کند، به این معنی که مانند سوخت اکسی نیازی به استفاده از شار نیست.

از کدام میله های جوش می توان استفاده کرد؟

همانطور که در بالا ذکر شد، انتخاب میله جوش برای جوشکاری چدن مهم است، اگرچه اکثر کارشناسان استفاده از میله های نیکل را توصیه می کنند.

1- میله های نیکل 99 درصد

این الکترودها نسبت به سایر گزینه ها گران تر هستند اما بهترین نتایج را نیز ارائه می دهند. میله‌های نیکل 99 درصد جوش‌هایی تولید می‌کنند که می‌توانند ماشین‌کاری شوند و روی ریخته‌گری‌هایی با محتوای فسفر کم یا متوسط بهترین کار را دارند. این میله های نیکل خالص یک رسوب جوش نرم و چکش خوار ایجاد می کنند.

2- میله های نیکل 55 درصد

میله‌های 99% ارزان‌تر، قابل ماشین‌کاری هستند و اغلب برای تعمیرات بخش ضخیم استفاده می‌شوند. انبساط با ضریب کمتر به این معنی است که اینها ترک های خط همجوشی کمتری نسبت به میله 99 درصد ایجاد می کنند. این میله های فرو نیکل برای جوشکاری چدن به فولاد ایده آل هستند.

گزینه‌های ارزان‌تر مانند میله‌های فولادی در دسترس هستند، اگرچه این موارد به اندازه میله‌های نیکل مؤثر نیستند:

3- میله های فولادی

میله های فولادی ارزان ترین گزینه از این سه را ارائه می دهند و برای تعمیرات و پرکردن جزئی بهترین هستند. الکترودهای فولادی جوش های سختی تولید می کنند که برای تکمیل نیاز به سنگ زنی اضافی دارند و قابل ماشینکاری نیستند. با این حال، با وجود این معایب، میله های فولادی تطبیق رنگ را فراهم می کنند و بهتر از میله های نیکل می توانند ریخته گری هایی را که کاملا تمیز نیستند تحمل کنند.

پین کردن و چکش کاری

همانطور که یک جوش سرد و منقبض می شود، باعث ایجاد تنش پسماند می شود که منجر به ترک می شود. با اعمال تنش فشاری می توان شانس ترک خوردگی را کاهش داد. تنش فشاری با فشار دادن (با استفاده از چکش توپی برای ایجاد ضربه های متوسط) اعمال می شود که در حالی که هنوز نرم است مهره جوش را تغییر شکل می دهد. با این حال، لایه برداری فقط باید با فلز جوش نسبتاً انعطاف پذیر، که روی جوش هایی است که با مواد مصرفی نیکل تولید می شود، استفاده شود.

گرمایش پس از جوش

اجازه دادن به چدن برای خنک شدن خیلی سریع می تواند منجر به ترک خوردن شود. فرآیند خنک سازی را می توان با استفاده از مواد عایق یا اعمال دوره ای گرما کند کرد. برخی از روش ها عبارتند از قرار دادن قطعه کار در یک پتوی عایق، قرار دادن آن در ماسه خشک، یا حتی قرار دادن آن روی اجاق چوبی و اجازه دادن به فلز برای خنک شدن با خاموش شدن آتش.

نتیجه

جوش چدن امکان پذیر است، اما باید با استفاده از تکنیک های صحیح و با احتیاط انجام شود تا ترک نخورد. بیشتر روش‌های جوشکاری مستلزم تمیز کردن سطح مواد هستند و چدن از گرمایش قبل و بعد از جوش و همچنین خنک‌سازی دقیق سود می‌برد.