آموزش جوشکاری
سرابیان مقدم
آموزش جوشکاری
سرابیان مقدم
آزمونهای غیر مخرب
1
آزمونهای غیر مخرب
بازرسی فنی از لحاظ زمانی به چهار دسته تقسیم میشود : الف-بازرسی قبل از ساخت
ب- بازرسی حین ساخت
پ-بازرسی بعد از ساخت
ت-بازرسی دوره ای )نگهداری(
قبل از ساخت بازرس فنی موظف است که طراحی ها و نقشه
ها را چک کند و مقادیر کمی و کیفی ساخت را محاسبه نماید.اینکار از
طریق استانداردهای معرفی شده در ذیل انجام میگردد.مثلا بررسی
فرمهای wps و pqr ارائه شده توسط شرکت سازنده . حین ساخت باید به نحوه ساخت دقت نماید و آنها را با استاندارد مطابقت
دهد.بخصوص بازرسی چشمی (VT) در این قسمت بسیار موثر میباشد
مثلا در جوشکاری لوله ها و یا مخازن به انتخاب نوع جوشکاری و همچنین
استفاده از الکترودهای مناسب دقت کند . بعد از ساخت باید از طریق تستهای غیر مخرب و یا هیدروتست از عدم
وجود عیوب مطمئن گردد . قسمت آخر نگهداری (maintenance) میباشد که با بازرسی های دوره
ای و تستهای غیر مخرب بخصوص ضخامت سنجی از دستگاه حفاظت
نماید .
2
برای بازرسی لوله ها از استاندارد زیر که بسیار متداول است استفاده
میگردد : Process Piping :ASME CODE FOR PRESSURE PIPING, B31.3 Power Piping: ASME CODE FOR PRESSURE PIPING, B31.1 Specification for Line Pipe:API 5L API 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities برای بازرسی مخازن ذخیره نفت از استاندارد زیر استفاده میشود : API 620: Design and Construction of Large, Welded, Low-Pressur
e Storage Tanks API 650: Welded Steel Tanks for Oil Storage برای بازرسی ظروف تحت فشار : ASME VIII:Rules for construction of pressure vessels آزمونهای غیر مخرب ( Non Destvuctive Testing) <DIV style="DIRECTION: rtl"><DIV class=posts> مهندسین معمولاً عادت دارند خواص یک ماده را روی نمونه های
مخصوصی که از همین ماده تهیه شده اند با آزمونهای استاندارد ارزیابی
کنند. اطلاعات بسیار ارزشمندی از این آزمونهای به دست می آید که
شامل خواص کششی، فشاری، برشی و ضربه ای ماده مورد نظر است. اما
این آزمونها ماهیت تخریبی دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه ای که با
آزمونهای استاندارد تا حد تخریب تعیین می شود، به یقین راهنمای
3
روشنی در مورد مشخصات کارایی قطعه ای نیست که بخش پیچیده ای از
یک مجموعه مهندسی را تشکیل می دهد . در طی تولید و حمل و نقل امکان دارد که انواع عیوب با اندازه های
مختلف در ماده یا قطعه به وجود آیند. ماهیت و اندازه دقیق هر عیب روی
عملیات بعدی آن قطعه تاثیر خواهد داشت. عیوب دیگری نیز مانند
ترکهای حاصل از خستگی یا خوردگی ممکن است در طی کار قطعه ایجاد
شوند. بنابراین برای آشکار سازی وجود عیبها در مرحله تولید و نیز جهت
تشخیص و تعیین سرعت رشد این نقصها در طول عمر قطعه یا دستگاه ،
داشتن وسائل مطمئن ضروری است . منشا بعضی عیوب که در مواد و قطعات یافت می شوند، عبارتند از : - عیوبی که ممکن است طی ساخت مواد خام یا تولید قطعات ریختگی به
وجود آیند )ناخالصیهای سرباره، حفره های گازی، حفره های انقباضی،
ترکهای تنشی و ... ) - عیوبی که ممکن است طی تولید قطعات به وجود آیند )عیوب
ماشینکاری، عیوب عملیات حرارتی، عیوب جوشکاری، ترکهای ناشی از
تنشهای پسماند و ...) - عیوبی که ممکن است طی مونتاژ قطعات به وجود آیند )کم شدن
قطعات، مونتاژ نادرست، ترکهای ناشی از تنش اضافی و ...) - عیوبی که در مدت کاربری و حمل و نقل به وجود می آیند ( خستگی،
خوردگی، سایش، خزش، ناپایداری حرارتی و ...) روشهای مختلف آزمونهای غیرمخرب در عمل می توانند به راههای بسیار
متفاوتی در عیب یابی به کار روند. اعتبار هر روش آزمون غیرمخرب
4
سنجشی از کارایی آن روش در رابطه با آشکارسازی نوع و شکل و
اندازه بخصوص عیبها است. بعد از آن که بازرسی تکمیل شد، احتمال
معینی وجود دارد که یک قطعه عاری از یک نوع عیب با شکل و اندازه
بخصوص باشد. هر قدر این احتمال بالاتر باشد اعتبار روش به کار رفته
بیشتر خواهد بود. اما باید این واقعیت را به خاطر داشت که بازرسیهای
غیرمخرب برای اغلب قطعات به وسیله انسان انجام می گیرد و در اصل دو
نفر همیشه نمی توانند یک کار تکراری مشابه را بطور دقیق همانند یکدیگر
انجام دهند . از این رو باید یک ضریب عدم یقین در برآورد اعتبار
بازرسی به حساب آورده شود و ارزش تصمیماتی رد و یا قبول قطعه باید
از رویدادهای آماری تخمین زده شود . نقش بازرسی غیرمخرب این است که با میزان اطمینان معینی ضمانت
نماید که در زمان بکارگیری قطعه برای بار طراحی، ترکهایی به اندازه
بحرانی شکست در قطعه وجود ندارند. همچنین ممکن است لازم باشد که
با اطمینان، عدم وجود ترکهای کوچکتر از حد بحرانی را نیز ضمانت کند.
اما رشد ترکهای کوچکتر از حد بحرانی. بویژه در مورد قطعاتی که در
معرض بارهای خستگی قرار دارند و یا در محیطهای خورنده کار
می کنند، اهمیت دارد، بطوریکه این گونه قطعات، قبل از این که شکست
ناگهانی در آنها اتفاق بیفتد، به یک حداقل عمر کار مفید برسند. در برخی
حالتها، بازرسیهای مرتب و متناوب جهت اطمینان از نرسیدن ترکها به
اندازه بحرانی ممکن است ضروری باشد . بکارگیری ایده های مکانیک شکست در طراحی، برای توانایی روشهای
مختلف آزمونهای غیرمخرب در آشکارسازی ترکهای کوچک، حد و مرز
5
تعیین می کند. اختلاف بین کوچکترین ترک قابل آشکارسازی و اندازه
بحرانی آن، میزان ایمنی یک قطعه است . در هر برنامه خاص بازرسی، تعداد عیوب شناسایی شده )هر چند زیاد(،
با تعداد واقعی آنها مطابقت پیدا نمی کند، بنابراین احتمال شناسایی یک
قطعه سالم و بدون عیبهای با اندازه های گوناگون کاهش می یابد. اما
هنگامی که قطعات بسیار مهم مورد نظر هستند، سعی بر این است تا حد
امکان عیبهای بیشتری شناسایی شوند و تمایل به قبول تمام نشانه های
وجود عیبها زیاد است. زیرا اگر قطعه ای در طی بازرسی مردود و غیرقابل
مصرف معرفی شود، بهتر از آن است که هنگام استفاده منجر به شکست
فاجعه آمیز شود. مسلم است مهندسی که ایده های مکانیک شکست را مورد
استفاده قرار می دهد، علاقه مند است که بداند به چه اندازه عیبها را در
هنگام بازرسی مورد نظر داشته باشد. انتخاب روش با این بررسی اولیه
تعیین می شود و تمام پارامترهای دیگر در درجه دوم اهمیت قرار
می گیرند. برای مثال بازرسی ترکهای مربوط به خستگی قطعات فولادی
به روش فراصوتی که نسبتاً
براحتی قابل اجرا است، در مقابل تجزیه و تحلیل به روش جریان گردابی
برای آشکارسازی ترکهایی به طول 5/1 میلیمتر، کنار گذاشته می شود
زیرا احتمال آشکارسازی این ترکها با فراصوتی 05 درصد و با جریان
گردابی 05 درصد است . یکی از فایده های بدیهی و روشن به کار بردن صحیح آزمونهای
غیرمخرب، شناسایی عیوبی است که اگر بدون تشخیص در قطعه باقی
بمانند، موجب شکست فاجعه آمیز قطعه و در نتیجه بروز خسارتهای مالی
6
و جانی فراوان خواهند شد. استفاده از این روشهای آزمون می تواند
فواید زیادی از این بابت ، در بر داشته باشد . بکارگیری هر یک از سیستمهای بازرسی متحمل هزینه است، اما اغلب
استفاده موثر از روشهای بازرسی مناسب موجب صرفه جویی های مالی
قابل ملاحظه ای خواهد شد. نه فقط نوع بازرسی، بلکه مراحل بکارگیری
آن نیز مهم است. بکارگیری روشهای آزمون غیرمخرب روی قطعات
ریختگی و آهنگری کوچک بعد از آنکه کلیه عملیات ماشینکاری روی آنها
انجام گرفت، معمولا بیهوده خواهد بود. در اینگونه موارد باید قبل از
انجام عملیات ماشینکاری پرهزینه قطعات بدقت بازرسی شوند و قطعاتی
که دارای عیوب غیرقابل قبول هستند، کنار گذاشته شوند . باید توجه
داشت کلیه معایبی که در این مرحله تشخیص داده می شوند، نمی توانند
موجب مردود شدن قطعه از نظر بازرسی باشند. ممکن است قطعه ای
دارای ناپیوستگیها و ترکهای سطحی بسیار ریز باشد که در مراحل
ماشینکاری از بین بروند
آزمایش پرتو نگاری و تفسیر فیلم Radiographic Testing and Film Interpretation تابش الکترومغناطیسی با طول موجهای بسیار کوتاه، یعنی پرتو ایکس یا
پرتو گاما از درون مواد جامد عبور می کند اما بخشی از آن، توسط محیط
جذب می شود. مقدار جذب پرتو در هنگام عبور از ماده به چگالی و
ضخامت ماده و همچنین ویژگیهای تابش بستگی دارد. تابش عبوری از
درون ماده می تواند به وسیله یک فیلم یا کاغذ حساس آشکار شده و روی
7
صفحه فلورسنت مشاهده شود، یا این که توسط دستگاههای حساس
الکترونیکی نشان داده شود. اگر بخواهیم دقیقتر بگوییم، عبارت پرتو
نگاری به معنی فرایندی است که در نتیجه آن ، تصویری روی فیلم ایجاد
شود، بررسی این فیلم را تفسیر می گوییم . بعد از این که فیلم عکس گرفته شده پرتو نگاری ظاهر شد، تصویری سایه
روشن با چگالی متفاوت مشاهده می شود. قسمتهایی از فیلم که بیشترین
مقدار تابش را دریافت کرده اند، سیاهتر دیده می شوند. همچنانکه پیشتر
گفته شد، مقدار تابش جذب شده توسط ماده، تابعی از چگالی و ضخامت
آن خواهد بود. همچنین وجود عیوب خاص، مانند حفره ها و تخلخل
درون ماده، بر مقدار تابش جذب شده تاثیر خواهد گذاشت. بنابراین پرتو
نگاری می تواند برای آشکار سازی انواع خاصی از عیوب در بازرسی مواد
و قطعات به کار رود . استفاده از پرتو نگاری و فرآینده های مربوط به آن باید به شدت کنترل
شود، زیرا قرار گرفتن انسان در معرض پرتو می تواند منجر به آسیب بافت
8
بدن شود .
آزمایش فراصوتی (Ultrasonic Testing) 5 تا 05 مگاهرتز به درون قطعه / در این روش، امواج صوتی با بسامد 0
فرستاده می شود. این موج پس از برخورد به سطح مقابل قطعه باز تابیده
می شود. با توجه به زمان رفت و برگشت این موج، می توان ضخامت قطعه
را تعیین کرد. حال اگر یک عیب در مسیر رفت و برگشت موج باشد، از این
محل هم موجی بازتابیده خواهد شد که اختلاف زمانی نسبت به مرحله
اول، محل عیب را مشخص می کند . روشهای فراصوتی به طور گسترده ای برای آشکارسازی عیوب داخلی
مواد به کار می روند ولی می توان از آنها برای آشکارسازی ترکهای
9
کوچک سطحی نیز استفاده کرد .
بازرسی با ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle Testing) بازرسی با ذرات مغناطیسی، روش حساسی برای ردیابی عیوب سطحی و
برخی نقصهای زیر سطحی قطعات فرو مغناطیسی است . پارامترهای
اساسی فرآیند به مفاهیم نسبتاً ساده ای بستگی دارد. هنگامی که یک قطعه
فرومغناطیسی، مغناطیس می شود، ناپیوستگی مغناطیسی که تقریباً در
راستای عمود بر جهت میدان مغناطیسی واقع است، موجب ایجاد یک
میدان نشتی قوی می شود. این میدان نشتی در رو و بالای سطح قطعه
مغناطیس شده حضور داشته و می تواند آشکارا توسط ذرات ریز
مغناطیسی دیدپذیر شود. پاشیدن ذرات خشک یا ذرات مرطوب با یک
مایع محلول بر روی سطح قطعه، موجب تجمع ذرات مغناطیسی روی خط
گسل خواهد شد. بنابراین پل مغناطیسی تشکیل شده، موقعیت، اندازه و
شکل ناپیوستگی را نشان می دهد .
11
یک قطعه را می توان با به کاربردن آهنرباهای دائم، آهنرباهای
الکتریکی و یا عبور یک جریان قوی از درون یا برون قطعه، مغناطیس
کرد. با توجه به این که با روش آخر می توان میدانهای مغناطیسی با شدت
زیاد در داخل قطعه ایجاد کرد، این روش به صورت گسترده ای در کنترل
کیفی محصول به کار می رود زیرا این روش حساسیت خوبی برای
شناسایی عیوب قطعات و آشکارسازی آنها عرضه می دارد
بازرسی با مایعات نافذ ( Liquid Penetrant Testing) بازرسی با
مایعات نافذ یکی از روشهایی است که می تواند برای عیب یابی تعداد
وسیعی از قطعات مورد استفاده قرار گیرد، به شرطی که عیبها به صورت
ترک در سطح قطعه ظاهر شوند. اساس روش بر این است که مایع نافذ بر
اثر جاذبه مویینگی به درون ترکهای سطحی نفوذ کرده و پس از یک
مرحله ظهور، هر عیبی که به شکل ترک یا شکستگی در سطح قطعه وجود
دارد، با چشم رویت می شود. برای بهتر دیده شدن این ترکها، مایع نافذ
معمولاً به رنگهای روشن و قابل دید بوده و یا به ماده فلورسنت آغشته
می شود. در حالت اول معمولاً برای رنگین نمودن مایع از رنگ قرمز
استفاده می شود که با نور روز یا نور مصنوعی قابل دید باشد، ولی در
حالت دوم برای دیدن ترکها و درزها باید از نور فرابنفش استفاده شود . امروزه، بازرسی با مایع نافذ، یکی از مهمترین روشهای صنعتی است که
برای مشخص نمودن انواع مختلف عیبهای سطحی مواد و قطعات، مانند
ترکها، بریدگی ها و نواحی مک های سطحی، مورد استفاده قرار می گیرد.
این روش تقریباً برای هر نوع ماده و در هر اندازه ای، چه بزرگ با شکل
11
پیچیده و چه ساده، قابل استفاده است و معمولاً برای بازرسی تولیدات
ریختگی و کار شده فلزات آهنی و غیرآهنی، آلیاژها، سرامیک ها، ظروف
شیشه ای و مواد پلیمر به کار می رود .
آزمونهای غیر مخرب 2
بازرسی فنی (Industrial Inspection ) بازرسین فنی معمولاً مسئولیت بازرسی تجهیزات مکانیکی، الکتریکی و ...
را با انجام مراحل مختلف بعهده می گیرند. بعضی از این مراحل عبارتند
از : بازرسی و کنترل براساس نقشه های ساخت، بررسی و تنظیم برنامه های
نظارت بر ساخت و تولید محصول، پیگیری انجام تعهدات تولیدکننده،
کنترل مقادیر در کیفیت مصالح و تجهیزات بکار رفته و پیشرفت کار، کنترل
جوشکاری، کنترل رنگ آمیزی، کنترل حفاظت کاتدیک، مطابقت
نقشه های ساخت و مونتاژ با استانداردهای مورد نظر، بازرسی از مراحل
بسته بندی جهت اطمینان از استحکام لازم و در نهایت ارسال تائیدیه
بازرسی کالا برای کارفرما .
12
آزمایش جریان گردابی (Eddy Current Testing) اساس روشهای آزمون الکترومغناطیسی بر این است که وقتی یک سیم پیچ
حامل جریان متناوب، نزدیک ماده ای تقریباً رسانا قرار داده شود،
جریانهای گردابی یا ثانویه در آن ماده القا خواهد شد. جریانهای القایی،
میدانی مغناطیسی ایجاد خواهند کرد که در جهت مخالف میدان
مغناطیسی اولیه اطراف سیم پیچ است. تاثیر متقابل بین میدانها موجب
ایجاد یک نیروی ضد محرکه الکتریکی در سیم پیچ شده و در نتیجه سبب
تغییر مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ خواهد شد. اگر ماده از نظر ابعاد و
ترکیب شیمیایی یکنواخت باشد. مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر
نزدیک سطح قطعه در کلیه نقاط سطح قطعه یکسان خواهد بود، به غیر از
تغییر اندکی که نزدیک لبه های نمونه مشاهده می شود. اگر ماده
ناپیوستگی داشته باشد، توزیع و مقدار جریانهای گردابی مجاور آن تغییر
می کند و در نتیجه کاهشی در میدان مغناطیسی در رابطه با جریانهای
گردابی به وجود می آید، بنابراین مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر
تغییر خواهد کرد . از روی تحلیل این آثار می توان در مورد کیفیت و شرایط قطعه کار
13
نتیجه گیری کرد. این روشها بسیار متنوع هستند و با وسیله و روش آزمون
مناسب، می توان آنها را برای آشکارسازی عیوب سطحی و زیر سطحی
قطعات و تعیین ضخامت پوشش فلزات به کار برد و اطلاعاتی در زمینه
مشخصات ساختاری مانند اندازه دانه بندی و شرایط عملیات حرارتی به
دست آورد.همچنین می توان خواص فیزیکی مانند رسانایی الکتریکی
تراوایی مغناطیسی و سختی فیزیکی را تعیین کرد . بازرسی به روش چشمی (Visual Testing) بازرسی چشمی: در بیشتر اوقات، اولین مرحله در آزمون یک سازه،
بازرسی چشمی است. بازرسی با چشم غیر مسلح فقط عیبهای نسبتاً بزرگی
را که به سطح قطعه راه دارند، نمایان خواهد کرد. با به کار بردن یک
میکروسکوپ می توان کارایی بازرسی چشمی را افزایش داد. مناسبترین
نوع میکروسکوپ برای بازرسیهای سطح قطعه، میکروسکوپ استریو است.
در این نوع بازرسیها، بزرگنمایی بسیار زیاد ضرورتی ندارد و بیشتر
میکروسکوپهای که بدین منظور در دسترس هستند، بزرگنمایی در حدود 0
تا 75 برابر دارند. بازرسی چشمی منحصر به سطح خارجی نمی شود.
حساسه های بازرسی نوری، از هر نوع صلب و انعطاف پذیر، جهت بازرسی
سطوح داخلی ساخته شده اند. حتی این حساسه ها را می توان در داخل
حفره ها، لوله ها و کانالها قرار داد
14
بازرسی جوشی (Welding Inspection ) کنترل کیفیت عملیات جوشکاری از زمان تنظیم دستورالعمل تا انتهای کار
)شامل مواردی نظیر تجهیزات، الکترود، پرسنل جوشکار و ... ) بعهده
بازرسی جوش می باشد که در صورت مشاهده ایراد در هر مرحله از کار،
با جلوگیری از روند ایجاد کار معیوب، راهکارهای بهبود کیفیت را ارائه
می کند و تا نتیجه کار، مطلوب و طبق استاندارد درخواستی کارفرما،
ایجاد گردد. انواع ترک از عیوبی هستند که در صورت مشاهده باید کاملاً
از سطح کار حذف شوند .
15
ترک گرم در جوشکاری
ترک گرم در جوشکاری
ترک گرم در جوشکاری یـک ناپیوسـتگی از نـوع شکسـت اسـت کـه حـین انجمـاد فلـز جـوش یـا سـرد شـدن آن در منطقـه متـاثر از حـرارت رخ مـیدهـد. بـر اسـاس محـل و دماهـای تشـکیل آن دارای سـه نـوع تـرک انجمــادی (Crack Solidification)، تــرک ذوبــی (Crack Liquation) و تــرک افــت انعطــاف پــذیری (DDC) اســت.
تــرک انجمــادی در فلــز جــوش و تــرک ذوبــی در منطقــه ذوب جزیــی رخ داده و هــر دو در محــدوده دمــای تــردی فلــز جوش (BTR) یا در محدوده دمای تردی کـه تـا دمـای یوتکتیـک گسـترش یافتـه، اتفـاق مـیافتـد. تـرک افـت انعطـاف پـذیری، بیشـتر در فلـزات بـا سـاختار FCC در فلـز جـوش یـا در منطقـه متـاثر از حـرارت، در محـدوده دمـای افـت انعطـاف پذیری (DTR) اتفاق مـیافتـد. عـواملی از قبیـل دامنـه انجمـاد، فـاز اولیـه انجمـاد، کشـش سـطحی مـذاب در مـرز دانـههـا، مقدار و توزیع مذاب حین انجماد نهایی، سـاختار دانـه فلـز جـوش، تـنشهـای انقباضـی و هندسـه جـوش بـر حساسـیت فلـز جوش به ترک گرم موثر است
.
انواع ترک گرم
ترک انجمادی
تـرک انجمــادی معمــولاً در خــط مرکــزی فلــز جــوش در حــال انجمــاد و در محــدوده دمــای تــردی فلــز جــوش (BTR) اتفـاق مـیافتـد. بـه دلیـل غلظـت بیشـتر عناصـر در جلـوی جبهـه انجمـاد، دمــای مــذاب جبهــه انجمــاد، کمتــر از دمــای انجمــاد کــل مــذاب اســت.
در صــورتی که ضــریب جــدایش بیشــتر از یــک باشد، مـذاب بـاقی مانـده حـین انجمـاد، مـیتوانـد بین دانهها جاری شـده و یـک لایـه نـازک در مـرز دانـههـا تشـکیل دهـد. انقبـاض منـاطق انجمـاد یافتـه و نیـز انقبـاض فلـز پایـه هنگـام سـرد شـدن، باعـث وارد شـدن تـنشهـای کششی از دو طـرف بـه لایـههـای مـذاب شـده و در صـورتی کــه مقــادیر تــنشهــای انقباضــی بیشــتر از یک باشد این تنشها میتواننـد لایـههـای نـازک مـذاب موجـود در مــرز دانــههــا را بــاز و تــرک انجمــادی را تشــکیل دهند.
در واقـع تشـکیل تـرک انجمـادی، رقابـت بین مقاومت ماده بـه تـرک و نیروی محرکـه تـرک حـین انجمـاد فلــز جــوش اســت. پــارامتر تعیــین کننــده مقاومــت مــاده، نمــودار انعطــاف پــذیری در BTR، حــین انجمــاد اســت. در حــالی کــه پــارامتر تعیــین کننــده نیــروی محرکــه تــرک، کــرنشهــای مکــانیکی انباشــته شــده در BTR اســت کــه هـر دو پـارامتر، تـابعی از دمـا هسـتند. تـرک انجمـادی زمـانی اتفـاق مــیافتــد کــه نیروی محرکــه تــرک بزرگتــر از مقاومــت ماده به ترک در BTR شود.
ترک ذوبی
بــا عبور منبــع حرارتــی، مــذاب یوتکتیــک تشــکیل شــده از منــاطق ذوب شده با گسترش در مرزدانههـا یـا بـا تشـکیل حوضـچههـای مذاب درون دانهها، شـرایطی شـبیه تـرک گـرم را بـه وجـود مـیآورد کـه در نهایـت باعـث تـرک ذوبـی خواهـد شـد. تــرک ذوبــی نســبت بــه تــرک انجمــادی محدودکننــدهتــر است. چون در فلـز پایـه اتفـاق مـیافتـد و ترکیـب شـیمیایی آن در فراینــد جوشــکاری تحــت کنتــرل نیســت.
ترک افت انعطاف پذیری
این نوع ترک یـک پدیـده حالـت جامـد بوده کـه ناشـی از افـت ناگهـانی انعطـاف پـذیری در دمـایی بـالاتر از نصـف نقطـه ذوب مـاده است. ترک بـه دلیـل جـدایش ناخالصـیهـا در مـرز دانـه یـا تــنشهــای موضــعی مــرز دانــهای تولیــد شــده توســط رســوبات اســت. پارامترهــای مــوثر بــر این نوع ترک شامل ترکیــب شــیمیایی فلــز جــوش، ناخالصــیهــا، موانع و مهاجرت مـرز دانـههـا، جـدایش در مـرز دانـههـا و جهت گیـری مـرزدانـه نسـبت بـه کـرنشهـای اعمـالی است.
در جوشـــکاری فولادهای زنـگ نـزن آسـتنیتی تشـکیل ترکیبـات یوتکتیـک زود ذوب باعـــث تشـــکیل تـــرک گـــرم خصوصـــاً از نـــوع انجمـادی و DDC خواهـد شـد. ممکـن اسـت در جوشـکاری، چنـد پاسـی از طریـق ذوب مجـدد و افـزایش حـرارت ورودی، بتــوان از تــرک انجمــادی جلــوگیری نمــود امــا در شــرایط تـنشهـای خسـتگی و خسـتگی خـوردگی ،DDC نیـاز بـه توجه بیشتر دارد.
مورفولوژی سطح شکست ترک گرم
اســـتفاده از میکروســـکوپ الکترونـــی روبشـــی (SEM) و طیف سنجی تفکیـک انـرژی (EDS) نشـان مـیدهـد سـطح شکسـت حاصـل از تـرک انجمـادی، اغلـب دارای مورفولـوژی دندریتی بـا لایـهای از یوتکتیـک زود ذوب بوده که گاهی همراه بـا حفـرات و گسـیختگی در پـلهـای فلـزی است.
عوامل حساسیت به ترک گرم
جدایش و دامنه انجماد
هر چه محدوده دمایی انجمـاد بیشـتر باشـد منطقـه ضـعیف و حساس به ترک خوردن انجمادی نیز وسیعتر خواهد بـود. در فولادها و آلیاژهای پایه نیکل جـدایش ناخالصـیهـا (خصوصـاً گوگرد و فسفر) و عناصر آلیاژی (مانند تیتـانیوم و نیوبیـوم) در مرز دانه و تشکیل ترکیبات بـا نقطـه ذوب پـایین، همچنـین وقوع واکنشهای یوتکیتیک پس از انجمـاد (مـثلاً در سـوپر آلیاژهای حاوی نیوبیوم) باعث گسترش دامنه انجماد و تشویق تشکیل ترک انجمادی خواهد شد.
همچنـین در فولادهـای زنـگ نـزن آستنیتی و دو فازی، ذوب ناشی از جـدایش عناصـر آلیـاژی یـا ناخالصیها به درون مرز دانهها، باعث کـاهش نقطـه ذوب مرز دانهها شده و عامل تـرکهـای ذوبـی اسـت. البتـه در برخی آلیاژها مانند آلیاژهای پایه نیکل ذوب شدن بـه تنهـایی برای نفوذ مایع در مرز دانهها کافی نیست و مهاجرت مرزهای دانــه نیــز لازم اســت.
کشش سطحی مذاب
کشــش ســطحی کــم مــذاب، باعــث تشــکیل لایــه پیوســته مذاب در مـرز دانـه خواهـد شـد. هر چـــه زاویـــه تمـــاس مـــذاب مرزدانـــهای در آلیاژهـــای آلومینــویم بیشــتر و مورفولــوژی آنهــا کــرویتــر باشــد حساسیت به ترک خوردن انجمادی کاهش مییابد.
ریز ساختار
ریـز سـاختار دنـدریتی هـم محـور بـا مقـدار زیـاد مـذاب در بین دانـههـا بسـیار راحـتتـر از سـاختار دنـدریتی سـتونی درشت تغییر شکل میدهد. ریـز سـاختار بـا دانـههـای هـم محور ریز، بـه دلیـل انعطـاف پـذیری بیشـتر در برابـر کـرنشها، امکـان تغذیـه مـوثرتر مـذاب و تـرمیم تـرکهـای اولیـه، حساســیت کمتــری نســبت بــه تــرک گــرم دارند. همچنــین دانـههـای ریـز بـه دلیـل سـطح دانـه بیشـتر، امکـان تجمـع کمتــر عناصــر مضــر در مــرز دانــه را فــراهم مــینماینــد.
برخورد دانـههـای سـتونی رشـد کننـده از جهـات مقابـل در حوضچه جوش اشـکی شـکل و تشـکیل لایـه مـذاب پیوسـته از جــدایشهــای بــا نقطــه ذوب پــایین در خــط مرکــزی جــوش، حساســیت بــه تــرک انجمــادی در خــط مرکــزی جوش را نسبت بـه جـوشهـای بـا حوضـچه جـوش بیضـوی شکل تشدید مینماید.
تنشهای انقباضی
بدون حضور تـنشهـای کششـی، هـیچ تـرک گرمـی وجـود نخواهـد داشـت. منشـاء ایـن تـنشهـای کششـی اخـتلاف میـزان انقبـاض فلـز جـوش و انقبـاض فلـز پایـه است. انقبــاض فلــز جــوش ناشــی از انقبــاض حرا رتــی و انقبــاض ناشـی از انجمــاد اســت. در تــنشهــای انقباضــی ضــریب انبســاط فلــز جــوش خیلــی مهــم اســت. ضــریب انبســاط سـاختار آسـتنیتی ۱/۵ برابر بیشـتر از سـاختار فریتـی اسـت پــس تمایــل بــه تــرک گــرم در ســاختار آســتنیتی خیلــی بیشــتر اســت. بــه همــین دلیــل فــولاد زنــگ نــزن آسـتنیتی مسـتعد تـرک انجمـادی اسـت. امـا تـرک خـوردن انجمــادی در آلیاژهــای آلومینیــوم (مخصوصــاً آلیاژهــای بــا دامنه انجماد وسیع) بـه دلیـل ضـریب انبسـاط حرارتـی زیـاد و انقبــاض زیــاد ناشــی از انجمــاد جــدیتــر اســت.
اســتفاده از منبــع حرارتــی بــا شــدت زیــاد باعــث کــاهش پیچیـدگی قطعـه کـار و کـاهش کـرنشهـای حرارتـی مـیشود. استفاده از مهار کـم و پیشـگرم مناسـب نیـز مـیتوانـد باعث کـاهش ایـن کـرنشهـا شـود.
هندسه جوش
جوش گلویی تـک پاسـه بـا پروفیـل مقعـر، بـه دلیـل کشـیده شـــدن از طـــرف گوشـــه و ریشـــه جـــوش، حساسـیت بیشـتری بـه تـرک انجمـادی نسـبت بـه پروفیـل محـدب دارد. در جـوشهـای لـب بـه لـب چنـد پاسـه نیـز در صورتی که پـاسهـای جـوش عـریض و مقعـر باشـند، تـرکهای انجمـادی از سـطح شـروع مـیشـود. همچنـین جـوشهـای باریـک عمیـق کـه معمـولاً در جوشـکاریهـای پرتـو الکترونی و جوشـکاری زیر پـودری ایجـاد مـیشـود، بـه دلیـل زاویـه تنـد بـین دانـههـای سـتونی و رسـیدن آنهـا در خـط مرکـزی جـوش بـه یکـدیگر، بـه تـرک انجمـادی حسـاستـر است.
علی اصغر سرابیان مقدم –مربی جوشکاری
مرکز 14قوچان –مرداد ماه 1399