جوشکاری یکی از کارآمدترین روش‌هایی است که در اتصال قطعات فلزی به یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، این احتمال وجود دارد که در جوش نقص‌هایی دیده شود. ترک جوش، یکی از این نقص‌های رایج است. این عیوب عموماً به دلیل روش‌های جوشکاری اشتباه یا الگوهای جوش نادرست ایجاد می‌شوند. هنگامی که ترک جوش بوجود آید، اتصال ضعیف شده و موجب خرابی کامل محصول می‌گردد. بنابراین درک علت ترک جوش و پیشگیری از وقوع آن ضروری است. در این مقاله انواع مختلف ترک جوش و علل آن را به تفضیل مورد بررسی قرار می‌دهیم.
ترک جوش چیست؟
اگر جوش یا فلز پایه به اندازه کاقی قوی نباشد تا بتواند نیروهای کششی حاصل را تحمل کند، ترک جوش ایجاد می‌شود. ترک ها از جمله مهمترین عیوب در اتصالات جوشی بوده و بر اساس تجربیات، وجود آنها می تواند تاثیرات جدی بر عملکرد ساختار جوشی حین خدمت داشته باشد. بنابراین حساسیت فراوانی در خصوص عدم وجود ترک در اتصالات جوشکاری شده وجود دارد، به ویژه آنهایی که تحت تاثیر مشکلات حاصل از بارگذاری های دوره ای (Cyclic Loading) قرار دارند. ترک ها اغلب به هنگام بازرسی جوش با استفاده از روش های آزمون غیرمخرب (NDT) یافت می شوند و لازم به ذکر است که هر روش آزمون غیرمخربی (NDT) دارای دقت مشخصی بوده و در نتیجه عیوبی که دارای ابعادی کمتر از آن دقت مشخص هستند را شناسایی نمی نماید.
انواع ترک جوش
انواع مختلفی از ترک جوش وجود دارد. رایج‌ترین آنها ترک‌های سرد و گرم است. ترک گرم زمانی رخ میدهد که دما بالاتر از 400 درجه فارنهایت باشد، در حالیکه ترک سرد پس از اتمام جوشکاری رخ میدهد. در ادامه به بررسی انواع ترک و عوامل مؤثر بر ایجاد آن می‌پردازیم.
انواع ترک جوش
ترک گرم (Hot Crack)
در حین یا بلافاصله بعد از جوشکاری در دمای بالاتر از 1000 درجه فارنهایت بوجود می‌آید. برای تعیین اینکه آیا جوش شما ترک گرم می‌خورد یا خیر، نیازی نیست منتظر آن باشید. علل اصلی ترک گرم عبارت‌اند از: ایجاد تنش، نقطه ذوب پایین عناصر در حوضچه جوش مانند گوگرد، سرد شدن سریع حوضچه جوش و شکل پذیری کم مواد جوش داده شده.
هنگامی که این عوامل با هم ترکیب می‌شوند، جوش مستعد ترک خوردن می‌شود. ترک‌های گرم معمولاً به صورت ترک‌های طولی، پارگی‌های لایه‌ای و ترک‌های دهانه ظاهر می‌شوند. در اغلب موارد، با انتخاب صحیح الکترود مطابق با نوع جوشکاری، ترک جوش گرم برطرف می‌شود. همچنین توزیع حرارتی نامتعادل نیز می‌تواند باعث بروز این مشکل شود. برای رفع آن کافی است که از خنک شدن سریع جوش جلوگیری کرد. ترک‌های گرم انواع دیگری هم دارند که به بررسی آن خواهیم پرداخت:
ترک جوش طولی
ترک‌های طولی در حین یا بلافاصله بعد از جوشکاری ایجاد می‌شوند و کل جوش را در بر می‌گیرند. این ترک‌ها معمولاً همراه با ترک خوردگی گرم همراه هستند و به احتمال زیاد در جوش‌های مقعر شدید دیده می‌شوند. محتمل‌ترین علت برای ایجاد این ترک‌ها، مواد فلزی نامرغوب است. فولادهایی با محتوی گوگرد بالا و منگنز کم، همچنین فولادهایی با محتوای کربن و فسفر بالا، میتوانند باعث بروز این نوع ترک شوند.
پیشگیری از ایجاد ترک جوش طولی: اگر اولین نقطه جوش خیلی کوچک باشد، به احتمال زیاد این مشکل بوجود می‌آید. برای رفع ایجاد آن کافی است تا نقطه جوش اولیه کوچک نباشد و برابر با تمامی نقاط جوش دیگر باشد.
ترک دهانه
ترک دهانه معمولاً در انتهای جوش ایجاد می‌شود، اما میتوانند به سرعت در تمام طول جوش پخش شده و ترک‌های طولی را ایجاد کنند. شایع‌ترین دلیل ایجاد ترک‌های دهانه، حجم ناکافی فلز جوش، همراه با سایر عوامل ایجاد ترک گرم است. اگر جوش نقطه‌ای در انتها کم عمق باشد، مواد کافی برای مقابله با تنش‌های داخلی وجود نخواهد داشت و ترک‌های دهانه ایجاد می‌شوند.
پیشگیری از ایجاد ترک دهانه: برای پیشگیری از ایجاد ترک دهانه کافی است نقطه جوش پایانی به اندازه کافی قوی باشد و ضعیف و کم عمق نباشد.
ترک لایه ای
این نوع عیب در منطقه متاثر از حرارت (HAZ) و یا نواحی نزدیک آن موضع جوشکاری به وجود آمده و دلیل رخداد آن وجود لایه ها یا صفحاتی از ناخالصی در فلز پایه و تنش های حاصل از جوشکاری در راستای عمود بر این لایه ها یا صفحات می باشد. وجود عناصر ناخالصی در فلز پایه مانند گوگرد، فسفر، سرب و … و ایجاد تنش‌هایی در جهت ضخامت موجب ایجاد ترک لایه‌ای می‌گردد.
پیشگیری از رخداد ترک بازگرمی:
- استفاده از فلز پایه با ترکیب شیمیایی مناسب
- کنترل میزان تنش ها
ترک جوش سرد (Cold Crack)
ترک سرد همچنین با نام های دیگری مانند ترک هیدروژنی (Hydrogen Crack) یا ترک تاخیری (Delayed Crack) نیز شناخته می شود. ترک‌های سرد ممکن است دقیقه‌ها، ساعت‌ها، روزها و حتی هفته‌ها بعد ظاهر شوند. برای تشخیص ترک سرد اغلب نیاز به آزمایش رادیوگرافی داریم. رایج‌ترین منبع هیدروژن که منجر به ایجاد ترک سرد می‌شود، عبارت‌اند از: روغن، گریس، زنگ زدگی، رنگ و پوشش، مایعات تمیز کننده، فیلرها و الکترودها. تشخیص ترک سرد، بسیار دشوارتر از ترک گرم است زیرا بلافاصله ایجاد نمی‌شود و می‌تواند در اعماق جوش پنهاد شود. ترک‌های سرد به دلیل حل شدن هیدروژن در فلز جوش ایجاد می‌شوند. با گذشت زمان، این اتم‌های هیدروژن به هیدروژن مولکولی پایدار تبدیل شده و منجر به ایجاد ترک سرد می‌شوند. هیدروژن خود باعث ترک نمی‌شود بلکه فلز را مستعد ترک خوردن می‌کند.
ترک جوش ریشه
این نوع ترک در نوک جوش یا در ناحیه عمیق یا همان ریشه ایجاد می‌شود. ترک ریشه در دماهای پایین بوجود می‌آید و گاهی تا 72 ساعت بعد از سرد شدن جوش کشف نمی‌شود. این امر هنگام جوشکاری با یک ماده حساس به هیدروژن رخ میدهد.
پیشگیری از ایجاد ترک ریشه:
- لایه‌های جوش نازک‌تری را اعمال کنید
- زمان بین پالس‌ها را افزایش دهید.
- پروتکل مناسب پیش و پس گرمایش را انجام دهید.
ترک جوش عرضی
این ترک در جهت متقاطع یا جهت جوش ظاهر می‌شود. ترک عرضی جوش نیز تا زمانیکه سرد نشده است، قابل مشاهده نیست. هیدروژن بیش از حد و تنش انقباضی باعث ایجاد ترک جوش عرضی خواهد شد. ترک‌های عرضی اغلب در فولادهای با استحکام بالا که نیازی به پیش گرما ندارند، ایجاد می‌شود.
پیشگیری از ایجاد ترک عرضی :
- فیلر یا الکترود جوشکاری را تعویض کنید.
- پروتکل مناسب پیش و پس گرمایش را حفظ کنید.
7 نکته برای جلوگیری از ایجاد ترک جوش
حال که با انواع ترک سرد و گرم و علت آن آشنا شدیم، بهتر است که تمامی نکات و راه‌حل‌های پیشگیرانه از ایجاد ترک جوش را بررسی کنیم.
راهکارهای جلوگیری از ترک جوش
الکترود جوشکاری مناسب را انتخاب کنید
استفاده از الکترود جوشکاری مناسب برای جلوگیری از ایجاد ترک بسیار اهمیت دارد. برای فولادهای با استحکام بالا (کاهش ترک خوردگی ناشی از هیدروژن) از الکترودهای جوشکاری هیدروژن پایین استفاده کنید مانند E7018 همچنین مطمئن شوید که الکترودهای جوشکاری عاری از رطوبت باشند.
فلز را از قبل گرم کنید
پیش گرم کردن فولاد، تنش‌های ناشی از ترک سرد را کاهش میدهد و به هیدروژن اجازه میدهد از اتصالات خارج شوند. انجام این کار موجب جلوگیری از ایجاد ترک خواهد شد.
سرعت خنک کننده را کاهش دهید
برای بهبود بیشتر انتشار هیدروژن و کمک به خروج آن از فلز جوش، از پتوهای نسوز جوشکاری برای کاهش سرعت خنک شدن فلز استفاده کنید. در صورت لزوم می‌توانید از کوره‌ها استفاده کنید.
از جوشکاری فولاد با گوگرد زیاد خودداری کنید
فولاد دارای گوگل بالا، در برابر ترک داغ حساس است، زیرا نقطه ذوب گوگرد فقط 239 درجه فارنهایت است. در نتیجه در طول انجماد جوش، مایع بیشتری به سمت مرکز رفته و ممکن است به راحتی ترک ایجاد شود.
از سرعت بالای پالس کاری خودداری کنید
سرعت حرکت بیش از حد، گلوگاه جوش را کاهش داده و منجر به ایجاد جوش‌های مقعر می‌گردد. برای پر کردن محل اتصال و دستیابی به ضخامت جوش کافی، سرعت حرکت را کاهش دهید.
گاز محافظ درست را استفاده کنید
هنگام جوشکاری فلزات آهنی مانند فولاد کربنی، از هیدروژن در مخلوط گاز محافظ استفاده نکنید. برای بهبود نفوذ، به جای آن از مخلوط گاز هلیوم استفاده کرده و به هیچ عنوان هیدروژن گاز محافظ نباشد.
تنش‌های انقباض و انبساط
ایجاد فضایی برای انبساط و انقباض فلز در حین جوشکاری و خنک سازی برای جلوگیری از تنش‌های داخلی بش از حد که منجر به ترک می‌شود، ضروری است. قطعات جوش داده شده را در طول فرایند جوشکاری و خنک سازی رها نکنید. در عوض مقداری فضا به فلز بدهید تا به طور طبیعی منقبض و منبسط شود و خطر ایجاد ترک جوش را حداقل برساند.
سخن پایانی
اگر بعد از جوشکاری ترک جوش را مشاهده کردید، باید جوش را اصلاح کنید. به همین دلیل، اقدامات پیشگیرانه در جلوگیری از دوباره کاری و هزینه مجدد ضروری است. اگر یک کارگاه جوشکاری دارید، ترک های جوش تکمیل کار را به تأخیر انداخته و منابع را هدر میدهد. توجه داشته باشید که حتی اگر فردی مبتدی هستید، باز هم نباید در جوش شما ترک وجود داشته باشد. اتصال ترک خورده قابل اعتماد نیست و بدترین عیب جوشکاری است. برای جلوگیری از ایجاد ترک انواع آن را به تفضیل بررسی کردیم. با رعایت نکات ذکر شده جوش‌هایی سالم و بدون ترک داشته باشید. از اینکه این مقاله را مطالعه نمودید متشکریم، اگر انتقاد و پیشنهادی در پیرامون این مقاله دارید در قسمت دیدگاه بنویسید.
سؤالات متداول
در بخش انتهایی به بررسی و پاسخ به سوالات متداول شما عزیزان می‌پردازیم.
چند نوع ترک جوش داریم؟
به صورت کلی 2 گروه اصلی ترک جوش داریم؛ ترک جوش سرد و ترک جوش گرم. ترک جوش گرم قابل مشاهده است. درحالیکه ترک جوش سرد بعد از سرد شدن فلز بوجود می آید و ممکن است قابل مشاهده نباشد.
برای تشخیص ترک سرد از چه روش‌هایی استفاده می‌شود؟
برای تشخیص ترک سرد عموماً از روش‌های رادیوگرافی استفاده می‌شود.
میتوان ترک جوش را تعمیر کرد؟
در جایی که ترک جوش رخ داده، ممکن است تعمیر رضایت بخش به کمک جوشکاری انجام شود. البته این تعمیر به سطح مهارت جوشکار بستگی دارد. به صورت کلی بهتر است که به جای تعمیر مجدد جوشکاری را انجام داد.
منابع: