قابليت جوشكاري خصوصيتي از فلزات است كه در رابطه با استفاده از روش مشخصي جوشكاري منجر به ايجاد يك اتصال پيوسته فلزي (جوش) شده كه خواص مكانيكي (استحكامي و ضربه پذيري) و سطح عيوب موجود در آن در حد مقادير مقرر شده براي آن اتصال باشد و مفهوم اساسي در فنّاوري جوشكاري است كه در مورد خصوصيات پذيرش عمليات جوشكاري در يك فلز مورد نظر و ايجاد جوش قابل قبول تعريف ميشود. خواص مكانيكي يك اتصال جوشي شامل خواص مكانيكي در فلز جوش و منطقه متأثر از جوش (HAZ) است. خواص فلز جوش به تركيب شيميايي فلز پايه و الكترود مصرفي و روش و نحوه جوشكاري بستگي دارد. درحاليكه خواص منطقه به تركيب شيميايي فلز پايه و انرژي جوش وابسته است مهمترين نكات در رابطه باقابليت جوشكاري فولاد، اين است كه با عمليات جوشكاري خواص ضربه پذيري (چغرمگي) كم نشود و تركيب و ساير عيوب در اتصال به وجود نيايد. عيوب ميتوانند در اثر عواملي مثل مناسب نبودن جنس مواد مصرفي (فلز پايه، الكترود مصرفي، محافظ جوش) پارامترهاي جوشكاري (ولتاژ، آمپراژ، سرعت جوشكاري، پيش گرم) و يا عدم مهارت جوشكار در سطح ميكروسكوپي يا مايكروسكوپي در اتصال جوشي به وجود مي آيد. از مهمترين عيوب در اتصالات جوشي ترك خوردگي در فلز جوش و منطقه متأثر از جوش است. ترك خوردگي ميتواند در حين انجماد حوضچه جوش و ايجاد فلز جوش انجام شود و منجر به ايجاد ترك هاي گرم² شود. گاهي امكان دارد در حين سرد شدن تحت شرايط خاصي در منطقه متأثر از جوش ترك خوردگي حاصل شده به ترك خوردگي سرد يا ترك خوردگي هيدروژني³ معروف شود. در سازه هايي كه بعد عمليات جوشكاري بايد تنش گيري شوند (براي استحاله تنش هاي پسماند جوشي) امكان ترك خوردگي با نام ترک خوردگی بازگرمی¹ وجود دارد. قابليت جوشكاري فولاد به تركيب شيميايي آن بستگي دارد. پس به دليل امكان ترك خوردگي محدوديت هايي در نوع تركيب شيميايي فلزات جوشي وجود دارد. فولادهاي استاندارد شده جوشي داراي تركيب شيميايي اند كه خطر ترك خوردگي گرم و بازگرمي در آنها پايين و ناچيز است. در مورد ترك خوردگي سرد ميتوان با انتخاب صحيح الكترود و يا پيش گرم كردن قطعات كار از آن جلوگيري كرد.

1-8-14- ترک خوردگی گرم²

علت ترك خوردگي، گوگرد، فسفر معمولي ترين عناصر ناخالصي در فولادهايی اند كه ايجاد سولفيد و فسفيد آهن ميكنند اين فازها ميتوانند تا درجه حرارت 900c درجه بصورت مايع بمانند و در هنگام انجماد به فازهاي ترد و شكننده تبديل شوند. بنا بر غلظت ناخالصي ها در فاز مايع باقيمانده هماهنگي در رشد بلوره هاي جديد بطرف مركز جوش و تماس آنها باهم دچار اختلال شده و در برخي نقاط پيوند بين بلوره هاي جامد كامل نيست. در حين سرد شدن به دليل انقباض منطقه جوش و توسعه تنش هاي انقباضي بلوره ها شده و باعث ايجاد ترك ميشوند. ترك هاي گرم در محلي كه بلوره هاي جامد رشد ميكنند از دو طرف در مركز جوش به هم ميرسند و ايجاد ميشوند و از نظر اندازه بزرگتر از انواع ديگر ترك هاي جوشي اند.

2-8-14- ترك خوردگي سرد يا ترك خوردگي هيدروژني³

عامل اصلي اين ترك هيدروژني است كه به منطقه جوش نفوذ ميكند و باعث هيدروژني تردي¹ كه در دماهاي زير 1400 درجه سانتي گراد در فاصله چند دقيقه يا چند روز يا حتي پس از چند سال بعد جوشكاري ميتواند به وجود آيد. هيدروژني تردي هم در فلز جوش و هم در منطقه متاثر از جوش رخ ميدهد. از آنجا كه ميزان عناصر آلياژي و ناخالصي ها در فلز جوش كمتر از فلز پايه است تمايل فلز جوش به هيدروژن تردي كمتر از تمايل منطقه متاثر از جوش به آن است.

عوامل ايجاد هيدروژني تردي

1- سخت پذيري فولاد مصرفي، هيدروژن تردي در مناطقي كه به سرعت سرد ميشد و ساختار مارتنزيتي ايجاد ميشود به وجود مي آيد.

2- هيدروژن كافي، در وسط جوشكاري هيدروژن از طريق رطوبت اتمسفر تبديل به قوس شده و وارد حوضچه مذاب ميشود و در فلز محبوس، ساختار مارتنزيتي (از نوع پركربن) سخت و ترد است كه با نفوذ هيدروژن تردتر ميشود؛ و اين تردي مارتنزيت با افزايش درصد كربن و هيدروژن بيشتر ميشود.

3- تنش در سطح كاني، تنش ها در اتصال جوشي ناشي از بارگذاري خارجي، وزن سازه، تمركز تنش و تنش هاي پسماند جوشي است.

براي جلوگيري از ترك خوردگي سرد اين سه عمل بايد طوري باهم بهينه شوند كه شرايط بحراني مربوط به تشكيل ترك وجود نيايد. تنش هاي پسماند جوشي و تمركز تنش به نوع اتصال و نحوه جوشكاري بستگي دارد. پس دو عامل سخت پذيري فولاد و درصد هيدروژن وجود دارند كه بايد به نسبت با هم تبديل شوند. براي كنترل اين مشكل روش هاي گوناگوني وجود دارد از جمله روش هاي زير:

بهترين روش محدود كردن هيدروژن در اتصالات جوشي اين است كه بايد از تماس عناصر هيدروژن زا با قوس جلوگيري شود. ميزان هيدروژن باقيمانده در پوشش الكترود با زياد شدن درجه حرارت خشك كردن آن كم ميشود. پس اين مواد بايد در كارگاه ها درجايي مخصوص كه بدون رطوبت است حفظ شود. موقع مصرف و به اين منظور از بسته بندي هاي مخصوص نگهداري محتوي استفاده ميشود. نفوذ هیدروژن¹ در فولاد وابستگي شديد به درجه حرارت دارد و در درجه حرارت كمتر از 14 درجه كمتر انجام ميشود. حلاليت هيدروژن و تحرك آن در فلز (براي نفوذ به اطراف) با كاهش حرارت كم ميشود و نهايتاً با كاهش درجه حرارت ميزان هيدروژن فوق اشباع² در جوش زياد ميشود. در سرد كردن سريع امكان دارد ميزان هيدروژن محبوس شده در فلز حدوداً در حد آن براي مذاب فلز باشد. ميزان هيدروژن در فلز جوش به روش هاي جوشكاري و مورد مصرفي بستگي دارد در درجه حرارت محيط معمولاً 15-14 ساعت زمان لازم است كه هيدروژن از اتصال جوشي به خارج نفوذ كند.

تدبيرهايي جلوگيري يا كاهش احتمال ترك خوردگي هيدروژني

1-استفاده از مواد مصرفي (الكترود و پودر جوشكاري) و فرآيند جوشكاري با هيدروژن كم. مثلاً در جوشكاري با الكترود دستي مصرف الكترودهاي قليايي و پيش خشك كردن الكترود باعث كاهش هيدروژن در فلز جوش ميشود.

2-امكان دادن براي نفوذ هيدروژن از فلز جوش به اطراف از طريق عمليات پيش گرم، پس گرم و كنترل درجه حرارت در جوشكاري چند پالسه

3- كنترل ساختار ميكروسكوپي توسط كنترل زمان سرد شدن از طرق متعادل كردن انرژي اعمالي جوش و سخت پذيري فولاد مصرفي. بطوركلي محل و جهت به وجود آمدن ترك هاي سرد به عواملي مثل نوع اتصال و تنش هاي موجود بستگي دارد. اين ترك ها عمدتاً در منطقه متأثر از جوش اند ولي در برخي موارد (بسته به نوع الكترود مصرفي) اگر نرخ سرد شدن در فلز جوش سريعتر از ميزان آن در منطقه متأثر از جوش باشد اينگونه ترك خوردگي در فلز جوش نيز ايجاد ميشود.

3-8-14- ترک خوردگی بازگرمی¹

در عمليات حرارتي بعد از جوشكاري برخي از اتصالات جوشي تمايل به ترك خوردگي دارند كه به ترك خوردگي باز گرمي معروف است و معمولاً در حرارت هاي بين 500- 650 درجه در رابطه با عمليات حرارتي تنش گيري و يا در جوشكاري چند پاسه در پاس هاي قبلي به وجود مي آيد. بطور كلي در حين عمليات حرارتي تنش گيري در فولادهاي كربن–منگنزي خواص چغرمگي فلز پايه در منطقه متاثر از جوش بهبود مي یابد. اين امر براي برخي فولادهاي آلياژي و ريزدانه صادق نيست و خواص چغرمگي آنها به دليل عمليات حرارتي بعد جوشكاري كاهش مييابد به ويژه اگر از انرژي جوشكاري در حد بالا استفاده شده باشد. معمولاً منطقه متاثر از جوش نسبت به اينگونه ترك خوردگي حساسيت زيادتري در مقايسه با فلز جوش دارد. فولادهاي كم آلياژي كه نسبت به اين نوع ترك خوردگي حساس اند داراي عناصر قوي كاربيد سازند و بصورت كوئيچ – تمپر توليد ميشوند. در بازگرمي اتصالات جوشي (مثلاً عمليات حرارتي تنش گيري يا جوشكاري چند پاسه) جدايش و رسوبات برخي كاربيدها انجام ميشود كه افزايش بيشتر فلز پايه را باعث ميشود.

4-8-14- ترک خوردگی لایه ای¹

در محصولات نورد شده مثل ورق، پروفيل، ناخالصی هاي شكل پذير سرباده اي (سولفيدهاي منكنز) در حين عمليات نورد طويل شده و ناخالصي هاي شكل ناپذير (اكسيدها و سيليكات ها) خردشده بصورت حوزه هاي باريك به موازات جهت نورد در محصول هستند. شكل گيري ذرات به اين صورت باعث غيرهمسويي (آن ايزوتوپ) خواص مكانيكي فلز ميشود درنتيجه خواص استحكامي فلز در جهت عمود بر جهت نورد بشدت كاهش مي یابد. در اتصالات گوشه يا T شكل وقتي اتصال تحت تنش در جهت عمود بر جهت نورد قرار ميگيرد امكان گسسته شدن پيوند اين مذاب طويل شده و فلز اصلي به وجود آمده باعث پاره شدگي موضعي ميشود. تنش اقدام براي ايجاد اين ترك ها ميتواند تنش پسماند جوشي هم باشد. اين ترك خوردگي بصورت لايه اي در نزديكي موضع جوش بلافاصله بعد از منطقه منطقه متأثر از جوش قابل مشاهده است و به ترك خوردگي پارگي لايه اي² معروف است. اين نوع ترك به خواص فلز پايه (تركيب شيميايي و نحوه توليد) بستگي دارد و ميتوان با تغييرات در طراحي اتصال و نوع فولاد مصرفي (كاهش ناخالصي ها مخصوصاً سولفيدهاي منگنز) به كاهش اين نوع ترك پرداخت.

5-8-14- تردي در فلز جوش و منطقه متاثر از جوش

ترد شدگي جز مشكلاتي است كه بايد در جوشكاري از آن پرهيز شود زيرا تردشدگي فلز به منزله پايين آمدن شديد خواص انعطاف و ضربه پذيري فلزات كه باعث ترك خوردگي موضعي و درنهايت منجر به شكست ترد³ قطعه (سازه) ميشود. در فولادهاي كم آلياژي ريزدانه عناصري مثل نيوبيوم (Nb) و واناديوم (V) وجود دارند و امكان تردشدن فلز جوش در منطقه متاثر از جوش هست. در جوشكاري زير پودري با انرژي جوش بالا كه باعث رقت ميشود ميان اين عناصر در فلز جوش در حد فلز پايه ميشود. رسوبات نيوبيوم و داناديوم در حين جوشكاري در فلز جوش مذاب و منطقه متاثر از جوش استحاله ميشود و گاهي در حين سرد شدن مجدداً تشكيل ميشود. ميزان رسوبات جديد از مقدار اوليه آنها در فلز به مراتب كمتر است و داراي ساختار ميكروسكوپي درشت تري در مقايسه با ساختار اوليه است كه درنهايت باعث تردي فلز جوش و منطقه منطقه متأثر از جوش ميشود. براي كاهش بروز اين عيب بايد سطح عناصر V,Nb به ترتيب از 0/05 و 0/15% و فولادهاي ريزدانه از 0/04 و 0/10% در فولادهاي كوئنچ –تمپر متجاوز نكند.

6-8-14- پیرتردی¹

پيرتردي يعني به مرور زمان استحكام فلز زياد ميشود و چغرمگي آن كم ميشود پس يك عيب است. اگر فولاد با درصد بالاي نيتروژن آزاد تحت كار پلاستيكي قرار بگيرد دچار پيرتردي ميشود. ميزان پيرتردي به درصد نيتروژن آزاد در فلز و حد كار سردشده روي آن بستگي دارد. در حرارت هاي بالاتر از 150 درجه كربن تا حدودي دخالت دارد و پيرتردي افزايش مي یابد. زمان نيل به حداكثر پيرتردي بستگي به درجه حرارت دارد و بالاي حرارت محيط بين 6-12 ماه، براي دماي 100c درجه بين 15-10 ساعت و براي حرارت هاي بالاتر از 250c درجه تنها چند دقيقه است. اگر فولاد حساس به پيرتردي تحت عمليات جوشكاري سرد (فشاري) قرار گيرد بلافاصله دچار پيرتردي ميشود.

7-8-14- عیوب تکنیکی¹

برخي از عيوب جوشي ناشي از نحوه جوشكاري (مهارت دقت جوشكاري) است و به فلز پايه، مواد مصرفي و روش جوشكاري بستگي ندارد. معمول ترين اين عيوب عبارت اند از ترك خوردگي دهانه انتهايي، تخلل، ذرات سرباده، عيب پاشنه، نفوذ ناقص، پاشش مذاب، جرقه و بريدگي كناري كه بر اثر بي دقتي جوشكار ايجاد ميشود. وجود اين عيوب اثر بسزايي در خواص استحكامي اتصال جوشي ندارد ولي خواص انعطاف پذيري (چغرمگي) اتصال را پايين مي آورد. اگر سازه تحت بارگذاري متناوب (خستگي) باشد اين ايرادها نقش بسزايي در كاهش استحكام خستگي اتصال دارند.

– تركخوردگي در دهانه انتهايي جوش²

– تخلخل³

– ذرات سرباده⁴

– عيب پاشنه [۵]

– عدم نفوذ [۶]

– بريدگي كنار جوشي [۷]

[۱]Weldability

[۲]Hot Cracks

[۳]Hydrogen cracking

[۱]Reheat cracking

[۲]Hot cracking

[۳]Hydrogen cracking

[۱]Hydrogen emdrittlement

[۱]Diffusion

[۲]Supersaturated hydrogen

[۱]Reheat cracking

[۱]Lamellar tearing

[۲]Lamellar

[۳]Brittle fracture

[۱]Aging embrittlement

[۱]Methodic defects

[۲]Crater Cracking

[۳]Porosities

[4]Slage

[5]Root defect

[6]Lack of fusion

[7]Under Cutting