پیش گرمایش در جوشکاری کردن شامل گرم کردن فلز پایه است ، این کار یا کل فلز را گرم می کند یا فقط ناحیه اطراف منطقه ای که باید جوش شود را گرم می کند . این میزان تا دمای مطلوب خاصی به نام دمای پیش گرم قبل از جوشکاری ادامه پیدا می کند . گرمایش ممکن است در طی فرآیند جوشکاری ادامه یابد ، اما غالباً حرارت حاصل از جوشکاری برای حفظ دمای مطلوب و بدون ادامه منبع گرمای خارجی کافی است. دمای گذرا ، که به عنوان دمای فلز پایه نیزنامیده می شود ، در طول اولین و آخرین روال جوشکاری اعمال می شود ، این مقدار نمی تواند کم تر از دمای پیش گرم باشد . دمای عبوری در مقاله مورد بحث نیست . پیش گرم کردن می تواند اثرات مفیدی داشته باشد. با این حال ، بدون آگاهی از اصول مربوط به این امر ، هدر رفتن پول و یا حتی بدتر از آن ، تخریب تمامیت جوش ممکن است در اثر پیش گرم کردن رخ دهد .
چرا پیش گرم کردن لازم است
چهار دلیل اصلی برای استفاده از پیش گرم وجود دارد: (1) میزان نرخ خنک شدن در فلز جوش و فلز پایه را کاهش می دهد ، ساختاری متالورژیکی چگال تر با مقاومت بیشتر در برابر ترک خوردگی جوش ایجاد می کند (2) سرعت خنک شدن کندتر، فرصتی را برای هر گاز هیدروژن ایجاد می کند که بدون ایجاد ترک منطقه جوش را ترک کند (3) باعث كاهش فشارهاي انقباضي در جوش و فلز پايه مجاور مي شود كه اين امر به خصوص در اتصالات بسيار مهم است و (4) علاوه بر این ، از پیش گرمایش می توان برای اطمینان حفظ خصوصیات مکانیکی خاص ، مانند سفتی شکاف استفاده کرد.
چه زمانی باید از پیش گرم استفاده شود؟
در تعیین اینکه آیا باید از پیش گرمایش در جوشکاری استفاده کرد یا نه ، باید یکسری عوامل زیر در نظر گرفته شود: نیازمندی های کد ، ضخامت مقطع ، خواص شیمیایی فلز پایه ، محدودیت ، دمای محیط ، میزان هیدروژن فلزات پرکننده یا فیلر و مشکلات ترک خوردگی جوش قبلی. اگر بخواهید از نکات کد جوشکاری استفاده کنید ، به طور کلی این کد میزان حداقل دمای پیش گرم برای یک فلز پایه را مشخص می کند ، روند جوشکاری و ضخامت بخش را مشخص می کند. این مقدار حداقل بدون توجه به محدودیت یا تغییر در خواص شیمی فلز پایه باید بدست آید. اما ، در صورت لزوم ، حداقل مقدار ممکن است افزایش یابد.
هنگامی که هیچ کد حاوی جوشکاری وجود ندارد ، باید مشخص شود که آیا پیش گرمایش در جوشکاری لازم است یا خیر ، اگر چنین باشد ، دمای پیش گرم مناسب خواهد بود. به طور کلی ، پیش گرم کردن معمولاً در فولادهای کم کربن کمتر از ضخامت 1 در ، (25 میلی متر) مورد نیاز نیست. با این حال ، اگر سطح هیدروژن قابل پخش در فلز جوش ، ضخامت ، محدودیت یا سطح مقطع افزایش یابد ، تقاضا برای پیش گرم شدن نیز افزایش می یابد. روش های مختلفی برای تعیین دمای پیش گرم مورد نیاز برای فلز پایه بیان شده است .
دمای پیش گرم مورد نیاز چقدر است؟
کدهای جوشکاری معمولاً حداقل مقادیر دمای پیش گرم را مشخص می کنند ، که ممکن است برای جلوگیری از ترک خوردگی در هر پروژه ای کافی باشد یا کافی نباشد.
هنگامی که هیچ کد جوشکاری مشخص نشده و نیاز به پیش گرم شدن مشخص شده است ، چگونه می توان دمای پیش گرمایش مناسب در جوشکاری را تعیین کرد؟ دو روش برای تعیین درجه حرارت پیش گرم در این مواقع وجود دارد که در درجه اول از روی آزمایشات ترک خوردگی آزمایشگاهی ارائه می شود این تکنیک ها در هنگام خطر مفید هستند. ترک خوردگی به دلیل ترکیب ، محدودیت ، سطح هیدروژن یا ورودی کمتر از حرارت جوشکاری افزایش می یابد.
دو روش ذکر شده عبارتند از: (1) کنترل سختی منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ) و (2) کنترل هیدروژن. روش کنترل سختی HAZ ، که به جوش های فیله یا جوش گوشه محدود می شود ، بر اساس این فرض است که اگر سختی HAZ زیر مقداری بحرانی نگه داشته شود ، ترک رخ نمی دهد. این امر با کنترل میزان نرخ خنک کنندگی حاصل می شود. نرخ خنک کننده بحرانی برای سختی معین ، می تواند به صورت فرمول زیر تعریف شود:
CE = C + ((Mn + Si) / 6) + ((Cr + Mo + V) / 5) + ((Ni + Cu) / 15)
از روی دمای خنک کننده بحرانی ، می توان حداقل دمای پیش گرم ( pre-heat ) را محاسبه کرد . اگرچه می توان از این روش برای تعیین سطح پیش گرم استفاده کرد ، اما مقدار اصلی آن در تعیین حداقل ورودی حرارت (و از این رو حداقل اندازه جوش) است که از سخت شدن بیش از حد جلوگیری می کند .
روش كنترل ترک هیدروژن بر این فرض استوار است كه اگر مقدار هیدروژن باقیمانده در مفصل پس از خنك شدن از دمای120 درجه فارنهایت (50 درجه سانتیگراد) از یک مقدار بحرانی بالاتر نرود ، ترك رخ نمی دهد ، مقدار بحرانی وابسته به ترکیب فولاد و محدودیت این روش برای فولادهایی با استحکام بالا و آلیاژی کم که دارای سختی بالا هستند ، است. با این حال ، پیش گرم محاسبه شده ممکن است برای فولادهای کربنی بسیار محافظه کارانه باشد.
سه مرحله اساسی روش کنترل هیدروژن عبارتند از: (1) محاسبه پارامتر ترکیب مشابه با معادله کربن. (2) محاسبه شاخص حساسیت ، به عنوان تابعی از پارامتر ترکیب و فلز پر کننده filler و (3) محاسبه حداقل دمای پیش گرم از روی سطح محدودیت ، ضخامت مواد و شاخص حساسیت .
چگونه پیش گرم اعمال می شود؟
ضخامت مواد ، اندازه جوشکاری ( welding ) و تجهیزات گرمایشی موجود باید هنگام انتخاب یک روش برای استفاده از پیش گرم مورد توجه قرار گیرد. به عنوان مثال پروژه های تولیدی کوچک ممکن است به طور مؤثر در کوره گرم شوند. با این حال ، اجزای سازه بزرگ اغلب به مشعل های جوشکاری گرمایش ، هیتر های برقی یا هیتر های القایی یا تابشی احتیاج دارند.
فولادهای کربنی اغلب به پیش گرمایش در جوشکاری نیازی ندارد . اگرچه مهم است که کار با حداقل گرما بصورت معتدل گرم شود ، اما قابل قبول است که تقریباً تا 100 درجه فارنهایت (40 درجه سانتیگراد) برای پیش گرمایش در جوشکاری استفاده کرد . با این حال ، این موارد برای فولادهای خاموش و گرما دیده (Q&T) صحیح نیست ، زیرا جوشکاری بر روی فولادهای Q&T که بیش از حد گرم شده باشند ممکن است در منطقه HAZ مضر باشد. بنابراین ، فولادهای Q&T نیاز دارند که پیش گرمایش حداکثر و حداقل در آن ها به درستی صورت گیرد .
هنگام گرم کردن اتصال برای جوشکاری ، نیاز است که حداقل دمای پیش گرم در مسافتی به جسم وارد شود که حداقل برابر با ضخامت ضخیم ترین قسمت قطعه باشد ، اما این مقدار نباید کمتر از 3 اینچ (75 میلی متر) در تمام جهات از نقطه جوش باشد . برای اطمینان از گرم شدن کامل مواد در اطراف مفصل ، توصیه می شود که طرف مقابل آن را که جوش داده شده گرم کنید و دمای سطح مجاور مفصل را اندازه گیری کنید. درنهایت ، دمای فولاد باید بررسی شود تا حداقل دمای پیش گرم دقیقاً قبل از شروع قوس الکتریکی برای هر بار جوش تنظیم شود.
اهداف استفاده از پیش گرمایش در جوشکاری
- کاهش احتمال ریسک ترک خوردگی هیدروژن
- کاهش سختی منطقه جوش
- کاهش ایجاد شکست در طول خنک کردن محل جوش و افزایش توزیع استرس باقی مانده .
ساخت و سازهای بزرگی مانند هواپیما ، اتوموبیل ، و قطعات ماشین های نظامی ، پل ها ، و ساختمان ها وجود دارد . برخی از این ساخت و سازها مانند کشتی ها ، ساختمان ها و پل ها باید در همان منطقه که قرار است استفاده شوند جوش داده شوند . و نمی توان آن ها را تکان داد . سایر سازه ها مانند هواپیما ها ، اتوموبیل ، و تجهیزات ماشینی نظامی قابل جابجایی هستند اما قرار دادن آن ها در کوره های گرمایی مشکل است . و نمی توان آن ها را بمنظور گرما دهی کامل داخل کوره جا داد . بهترین کاری که می توان در این شرایط انجام داد استفاده از پیش گرمایش در جوشکاری است . سپس کنترل کردن دمای گذرا و پس گرمایش قطعات بصورت محلی با استفاده از مشعل های گرمایشی ، بهترین گزینه خواهد بود .
پس گرمایش چیست
پس گرمایش عبارتی است که به اعمال گرما بعد از انجام کامل جوشکاری گفته می شود . دو نوع پس گرمایش یا PWHT وجود دارد . پس گرمایش به منظور رفع استرس . در این مرحله به محل جوش اجازه داده نمی شود تا خنک شود . در این فاز فلز به اندازه یک دوره در یک دمای خاص نگه داشته می شود . سپس اجازه داده می شود تا خنک شود . آزاد سازی از استرس ، یک دمای اعمالی جداگانه است که زمانی که قطعه به یک میزان خنک شد به آن اعمال می شود . این میزان حدود 1100 تا 1400 فارنهایت برای فولاد ها است . مدت زمان نگه داشتن فلز در این گرما حدود 2 تا 4 ساعت است . سپس فلز توسط هوای آزاد خنک می شود . اگر دمای قطعه جوش داده شده به یک باره کاهش پیدا کند ، سبب ایجاد شکست در منطقه جوش می شود .
از اینکه در این مقاله با ما همراخ بودید متشکریم . منتظر دریافت نظرات شما هستیم.
منابع : lincolnelectric – westermans – faa