جنبه های متالورژیک جوش زیرپودری
جوشکاری زیرپودری (Submerged Arc Welding – SAW) یکی از روش‌های
پیشرفته و پرکاربرد در صنایع فلزی است که به دلیل کیفیت بالا و سرعت
جوشکاری مناسب، در ساخت و تولید قطعات فلزی مورد توجه قرار گرفته
است. از دیدگاه متالورژیکی، این فرآیند دارای ویژگی‌ها و چالش‌های خاصی
است که بر کیفیت و خواص نهایی جوش تأثیر می‌گذارد. در این متن به بررسی
جنبه‌های متالورژیک جوشکاری زیرپودری می‌پردازیم.
ساختار میکروسکوپی منطقه جوش
یکی از مهم‌ترین جنبه‌های متالورژیک در جوشکاری زیرپودری، بررسی ساختار
میکروسکوپی منطقه جوش است. این ساختار شامل سه منطقه اصلی است:
منطقه جوش (Fusion Zone – FZ): در این منطقه، فلز پایه و فلز پرکننده به طور
کامل ذوب شده و سپس جامد می‌شود. ساختار میکروسکوپی این منطقه معمولاً
شامل دانه‌های درشت و ستونی است که به دلیل نرخ خنک‌شوندگی سریع تشکیل
می‌شوند.
منطقه متاثر از حرارت (Heat-Affected Zone – HAZ): این منطقه در مجاورت منطقه
جوش قرار دارد و تحت تأثیر حرارت حاصل از جوشکاری قرار می‌گیرد. در این منطقه،
تغییرات متالورژیکی مانند رشد دانه‌ها و تغییر فازها رخ می‌دهد.
منطقه فلز پایه (Base Metal – BM):این منطقه خارج از محدوده تأثیر حرارت جوشکاری
قرار دارد و خواص متالورژیکی آن تغییری نکرده است.
تغییرات فازی و ریزساختاری
تغییرات فازی و ریزساختاری در منطقه متاثر از حرارت (HAZ) یکی از جنبه‌های مهم
متالورژیک در جوشکاری زیرپودری است. در این منطقه، بسته به ترکیب شیمیایی
فلز پایه و شرایط حرارتی جوشکاری، تغییرات مختلفی رخ می‌دهد. برای مثال:
در فولادهای کربنی، منطقه HAZ ممکن است شامل فازهای آستنیت، فریت و مارتنزیت
باشد که هر کدام تأثیرات متفاوتی بر خواص مکانیکی جوش دارند.
در فولادهای ضد زنگ، تغییرات فازی مانند تبدیل آستنیت به مارتنزیت می‌تواند باعث
کاهش مقاومت به خوردگی شود.
تشکیل ترک‌ها و عیوب جوش
یکی از چالش‌های متالورژیک در جوشکاری زیرپودری، تشکیل ترک‌ها و عیوب جوش است.
ترک‌های حرارتی و سرد، حفره‌ها و نفوذ ناکافی از جمله عیوب متداول در این فرآیند هستند.
این عیوب می‌توانند به دلایل مختلفی از جمله نرخ خنک‌شوندگی سریع، تنش‌های حرارتی
و ترکیب شیمیایی نامناسب فلز پایه و فلز پرکننده ایجاد شوند. برای کاهش این عیوب، استفاده
از پارامترهای مناسب جوشکاری و مواد مصرفی با کیفیت الزامی است.
تاثیر عناصر آلیاژی و مواد مصرفی
ترکیب شیمیایی فلز پایه و مواد مصرفی مانند الکترودها و پودرهای جوشکاری نقش مهمی در
خواص نهایی جوش ایفا می‌کند. عناصر آلیاژی مانند کربن، منگنز، سیلیسیم، کروم و نیکل
می‌توانند تأثیرات مختلفی بر روی خواص مکانیکی و متالورژیکی جوش داشته باشند. برای مثال:
کربن می‌تواند سختی و استحکام جوش را افزایش دهد، اما ممکن است باعث افزایش شکنندگی
شود.
نیکل و کروم می‌توانند مقاومت به خوردگی و استحکام مکانیکی را بهبود بخشند.
انتخاب مناسب ترکیب شیمیایی مواد مصرفی و کنترل دقیق میزان عناصر آلیاژی در فرآیند
جوشکاری زیرپودری، برای دستیابی به جوش‌هایی با کیفیت و خواص مطلوب ضروری است.
اثرات حرارتی و خنک‌شوندگی
دما و نرخ خنک‌شوندگی در جوشکاری زیرپودری تأثیرات مهمی بر روی ساختار میکروسکوپی
و خواص مکانیکی جوش دارند. نرخ خنک‌شوندگی سریع می‌تواند منجر به تشکیل فازهای
سخت و شکننده مانند مارتنزیت شود، در حالی که نرخ خنک‌شوندگی آهسته‌تر می‌تواند باعث
تشکیل دانه‌های درشت و کاهش استحکام جوش شود. بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری
مانند ولتاژ، جریان و سرعت پیشروی می‌تواند به کنترل نرخ خنک‌شوندگی و دستیابی به ساختار
های مطلوب کمک کند.
خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی
خواص مکانیکی جوش‌های زیرپودری مانند استحکام کششی، سختی، مقاومت به ضربه و انعطاف
پذیری تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله ترکیب شیمیایی، ساختار میکروسکوپی و پارامترهای
جوشکاری قرار دارند. علاوه بر این، مقاومت به خوردگی جوش‌های زیرپودری نیز بسته به نوع فلز
پایه و مواد مصرفی متفاوت است. برای مثال:
جوش‌های فولادهای ضد زنگ با استفاده از پودرهای جوشکاری حاوی کروم و نیکل دارای مقاومت
به خوردگی بالا هستند.
جوش‌های فولادهای کربنی ممکن است نیاز به پوشش‌های محافظ برای افزایش مقاومت به
خوردگی داشته باشند.
تاثیر روش‌های پیش و پس‌گرمایی
پیش‌گرمایی و پس‌گرمایی قطعات جوش داده شده می‌تواند تأثیرات قابل توجهی بر روی خواص
متالورژیکی جوش‌های زیرپودری داشته باشد. پیش‌گرمایی قبل از جوشکاری می‌تواند باعث
کاهش تنش‌های حرارتی و جلوگیری از تشکیل ترک‌های حرارتی شود. همچنین پس‌گرمایی و
عملیات حرارتی پس از جوشکاری می‌تواند به بهبود خواص مکانیکی و کاهش تنش‌های داخلی
جوش کمک کند.
اثرات زمان و دمای نگهداری
زمان و دمای نگهداری قطعات جوش داده شده در طول فرآیند جوشکاری و پس از آن، تأثیرات مهمی
بر روی ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی جوش دارند. زمان نگهداری طولانی در دماهای بالا
می‌تواند منجر به رشد دانه‌ها و کاهش استحکام مکانیکی شود، در حالی که زمان نگهداری کوتاه‌تر
می‌تواند به حفظ ساختارهای ریزدانه و بهبود خواص مکانیکی کمک کند.
جنبه های متالورژیک جوش زیرپودری
نتیجه‌گیری
جوشکاری زیرپودری (SAW) یکی از فرآیندهای موثر و پرکاربرد در صنایع مختلف است که دارای جنبه
های متالورژیکی مهمی می‌باشد. از جمله این جنبه‌ها می‌توان به ساختار میکروسکوپی منطقه جوش،
تغییرات فازی و ریزساختاری، تشکیل ترک‌ها و عیوب جوش، تاثیر عناصر آلیاژی و مواد مصرفی، اثرات
حرارتی و خنک‌شوندگی، خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی، تاثیر روش‌های پیش و پس‌گرمایی
و اثرات زمان و دمای نگهداری اشاره کرد. کنترل دقیق این عوامل و بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری
می‌تواند به دستیابی به جوش‌هایی با کیفیت و خواص مطلوب کمک کند.
