گازهای جوشکاری

گازها در جوشکاری

گازها در جوشکاری (Gasses in Welding) ، عامل بسیاری از عیوب و نواقص هستند. دلیل اصلی عدم حل شدن گازها در فلز جوش است. با کنترل آتمسفر جوشکاری و حفاظت از ناحیه جوش، می توان از جذب گاز توسط حوضچه جوش جلوگیری کرد. شکل روبرو حد حلالیت گاز در فاز های جامد و مایع را به صورت شماتیک نشان داده است.  

به جز گاز های خنثی آرگون و هلیوم، سایر گاز ها با حوضچه مذاب جوش واکنش داده یا در آن حل می شوند. گاز هایی که در فلز مذاب حل می شوند، در حالت مذاب حلالیت زیادی دارند؛ ولی در فلز جوش جامد، حلالیت آنها کم است. بنابراین در حین انجماد، گاز های حل شده سعی می کنند از فلز جوش خارج شوند. اگر سرعت انجماد خیلی پایین باشد، گاز های محلول خارج می شوند، اما اگر سرعت انجماد بالا باشد، گاز های محلول در فلز جوش به صورت فوق اشباع باقی می مانند. اگر سرعت انجماد متوسط باشد، حباب گازی یا مک ایجاد خواهد شد.

هیدروژن

هیدروژن منابع زیادی دارد؛ از قبیل رطوبت در روکش الکترود، هوای خیلی مرطوب، اتصال جوش نمدار، روانسازهای آلی، زنگ روی سیم جوش یا اطراف اتصال، مواد آلی مانند رنگ، پرز پارچه، اتصال کثیف و سایر منابع دیگر. در جوشکاری آلومینیوم و جوشکاری میگ فولادهای زنگ نزن، هیدروژن عامل اصلی ایجاد مک است. هیدروژن باعث ایجاد مک های پراکنده در اغلب فلزات می شود.

هیدروژن در فولادها می تواند مشکلاتی را ایجاد کند. هیدروژن در فولادهای پراستحکام حتی در مقادیر کم  5 ppm می تواند ترک زیر گرده جوش ایجاد کند. این نوع ترک ها را ترک های تأخیری، ترک های سرد یا ترک القایی هیدروژنی می گویند. برای ایجاد این نوع ترکها سه شرط لازم است:

1- شرایط پر تنش

2- ساختارهای مارتنزیتی ( حساس به ترک)

3- مقدار بحرانی هیدروژن

دو شرط اولیه در فولادهای کوئنچ تمپر شده وجود دارد. مقدار هیدروژن بحرانی با تنش نسبت عکس دارد، یعنی هر قدر فولاد استحکام بیشتری داشته باشد، هیدروژن بحرانی کمتری لازم است تا ترک ایجاد شود. جوشکار در جوشکاری اینگونه فولادها، باید از الکترود خشک کم هیدروژن یا پودر خشک زیر پودری استفاده کند تا از ایجاد هیدروژن به شکل رطوبت در جوش فولادی با استحکام 5624 (kg/cm²) 80 000 psi جلوگیری کند.

از مشکلات هیدروژن می توان با دور نگهداشتن مواد آلی از اتصال جوش و خشک نگهداشتن مواد مصرفی جلوگیری کرد. همچنین پیشگرم کردن قطعات باعث کند شدن سرعت سرد شدن جوش شده و هیدروژن فرصت خارج شدن از جوش را پیدا می کند.

معمولاً پیشگرم های پیشنهادی بین 250-350 درجه فارنهایت است. در مورد فلزاتی که استحکام بالایی دارند، دمای پیشگرم مورد قبول از 400 درجه فارنهایت (204 درجه سانتیگراد) نیز بیشتر است. اندکی پیشگرم کردن مواد جوشکاری و اتصال قبل از جوشکاری، رطوبت را از اتصال جوش رفع می کند.

نیتروژن

نیتروژن از هوای اطراف که داخل جریان قوس می شود، وارد فلز جوش می گردد. در فرآیند میگ، نیتروژن در اثر محافظت ناقص یا کوران هوا که محافظت را مختل می کند، وارد ناحیه جوش می شود. در فرآیند الکترود دستی، نیتروژن در اثر طول قوس بلند وارد جوش می شود.

مشکل اصلی نیتروژن ایجاد مک است. در فولادهای استحکام بالا، نیتروژن باعث ایجاد تردی می شود. بعضی از آلیاژها، مانند فولاد زنگ نزن آستنیتی و فلزاتی مانند مس، نیتروژن زیادی در حالت جامد در خود حل می کنند. این حلالیت باعث می شود که مک ایجاد نشود.نیتروژن باعث افزایش استحکام فولادهای زنگ نزن می گردد. گاهی اوقات در جوشکاری تیگ یا میگ فولادها، نیتروژن به گاز محافظ افزوده می شود. در اروپا از نیتروژن در گاز محافظ استفاده می کنند تا حرارت قوس را زیاد کند.

اکسیژن

عمده ترین منبع اکسیژن مانند نیتروژن، هوا است. هوای اطراف در اثر محافظت ناقص و طول قوس بلند به جوش می رسد، ولی اکسیژن مک ایجاد نمی کند؛ بلکه تغییرات متالورژیکی ایجاد می نماید. اکسیژن باعث کاهش عناصر اکسیژن زدا مانند منگنز و سیلیسیوم می گردد. کاهش این عناصر باعث کاهش استحکام یا ایجاد ناخالصی غیر فلزی در فلز جوش، کاهش چقرمگی و چکش خواری فلز جوش می گردد.

در جوشکاری آلومینیوم، اکسیژن باعث تشکیل اکسید در سطح جوش آلومینیوم شده که بر ظاهر جوش های چند پاس موثر است. 

در جوشکاری میگ فولاد با گاز محافظ آرگون، میزان %2 اکسیژن برای آرام کردن قوس به آن افزوده می شود. در این غلظت کم،اکسیژن باعث ایجاد تغییرات متالورژیکی نمی شود. البته مقدار اکسیژنی که افزوده می شود را باید به دقت کنترل کرد، چون بسته به آلیاژی که جوشکاری می شود، آن مقدار تغییر خواهد کرد. اگر مقدار اکسیژن کافی باشد، می تواند به آرام سازی قوس کمک کند، در غیر این صورت به خصوص در آلیاژهای حساس، باعث مشکلات زیادی خواهد شد.

دی اکسید کربن

دی اکسید کربن جایگزینی برای آرام سازی قوس میگ با گاز محافظ آرگون است. افزودن 5 الی %8 دی اکسید کربن به آرگون، همان اثر %2 اکسیژن در آرگون را دارد، ولی کربن در دی اکسید کربن، منبعی برای آلودگی فلز جوش است که مشکلاتی را برای مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن کم کربن ایجاد می کند. در اغلب موارد در جوشکاری با گاز محافظ آرگون و دی اکسید کربن زیر %5، به نظر نمی رسد که کربن مشکل چندانی را در فولاد زنگ نزن ایجاد کند.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

 لاری جفووس ، مرجع کامل تکنولوژی جوشکاری ، مترجم : شهرام قلیزاده میانکوه با همکاری محمد حسین حلاج ، انتشارات دایره دانش

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است