جوش زیر پودری

واضح آرشیو وب فارسی:سایت رسیک: جوش زير پودري

جوش زير پودري يک فرايند جوش قوس الکتريکي است که در آن گرماي لازم براي جوشکاري توسط يک يا چند قوس بين يک فلز پوشش نشده، يک يا چند الکترود مصرفي و يک قطعه کار تامين مي شود. قوس توسط لايه اي از فــلاکس پودري قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب و فلز پايه نزديک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگي هاي اتمسفر حفاظت مي کند پوشيده مي شود.

اصول عمليات:درجوش زير پودري جريان الکتريکي از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکيبي از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است مي گذرد. فلاکس مذاب معمولا, هادي خوب جريان الکتريسته است، در حالي که فلاکس سرد, هادي نيست. پودر جوش مي تواند اکسيدزداها و ناخالصي زداهايي که با فلز جوش واکنش شيميايي مي دهند را نيز تامين کند علاوه براينکه يک لايه محافظ ايجاد مي کند. فلاکس هاي جوش زير پودري فولادهاي آلياژي همچنين مي توانند حاوي عناصر آلياژي براي بهبود ترکيب شيميايي فلز جوش باشند. . جريان الکتريکي از يک ژنراتور (ترانسفورماتور يا رکتي فاير) تامين شده، از اتصالات عبور مي کند تا قوسي را بين الکترود و فلز پايه بر قرار کند را ذوب مي کند که حوضچه مذاب را براي پرکردن اتصال تشکيل دهند. . . درکليه انواع تجهيزات, غلطک هاي هدايـت با نيروي مکانيکي بطور پيوسته سيم الکترود مصرفي فلزي را از ميان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالي که بايد جوش شود مي راند. سيم الکترود عموما" يک فولاد کم کربن با ترکيب شيميايي دقيق که در يک قرقره يا بشکه پيچيده شده مي باشد. سيم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب مي کند. فلاکس دانه اي در جلوي قوس ريخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده تــوسط سيستم مکش جمع کننده براي استفاده مجدد جمع آوري مي شود. در جوش خودکار بازيابي فلاکس مجموعه اي از تجهيزات و يک لوله بازيابي فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است مي باشد. ..جوش زير پودري به هر دو روش نيمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزايا بيشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نيمه خودکار جوشکار بصورت دستي يک تفنگ جوشکاري (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذيه مي کند را هدايـت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل مي کند. در روش جوش کاملا"خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسير جوش تغذيه و هدايـت کرده و نرخ رسوب را کنترل مي کند.در کاربردهاي خاصي جوش خودکار زير پودري دو يا چند الکترود بصورت متوالي در يک اتصال تغذيه مي شوند. الکترودها ممکن است کنار يکديگر بوده و به يک حوضچه تغذيه شوند يا اينکه به اندازه کافي فاصله داشته تا پس از انجماد يکي حوضچه ديگري تشکيل شود و مستقلا" منجمد شوند. روش جديدتر جوش قوس هاي پشت سرهم است که جوش چند پاس را دريک شيار اتصال براي افزايش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاري تامين مي کند.

مزايا و محدوديت ها ::روش هاي خودکار و نيمه خودکار جوش زير پودري در مقايسه با ساير روش هاي جوشکاري مزايا و معايب زير را دارند:**اتصالات را مـــي توان با شيار کم عمق آمـاده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده مي شود. (در برخي کاربردها نيازي به شيار براي اتصالات بين ورق هاي با ضخامت کمتر از "4/1 نيست).

پوشش براي حفاظت اپراتور از قوس نياز نيست, اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصيه مي شود.

جوش را مي توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و برروي سطح صاف يا استوانه اي يا لوله و از نظر تئوري با هر اندازه و ضخامتي انجام داد. اين روش براي سخت کردن سطحي نيز مناسب است.

فـــلاکس به عنوان اکسيدزدا و آخال زدا براي خارج کردن ترکيبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل مي کند تا جوش سالم و باخواص مکانيکي مناسب ايجاد کند.

سيم هـــاي الکترود ارزان براي جوش فولادهاي غيرآلياژي و کم کربن استفاده مي شوند. (معمولا" سيم هاي فولادي کم کربن بدون پوشش يا با پوشش نازک مسي براي هدايت بهتر و جلوگيري از خوردگي مي باشند).**جوش زير پودري را مي توان در زير وزش بادهاي نسبتا" شديد جوشکاري نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتري انجام مي دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاري الکترود دستي.
محدوديتهاي جوش زير پودري که برخي در روش هاي ديگر جوشکاري نيز وجود دارند به شرح زير است:

پودرجوش : تجهيزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات ديگر و همچنين صفحه نوار يا حلقه پشتبند نيز مورد نياز مي باشد.*پودر جوش ممکن است به آلودگي هايي آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند.*براي دستيابي به يک جوش خوب فلز پايه بايد، يکنواخت بدون پوسته اکسيدي, زنگ, غبار و روغن و ساير آلودگي ها باشد.*جداشدن سرباره از جوش در برخي موارد به سختي صورت مي گيرد. در جوش هاي چند پاس پس از هر عبور بايد سرباره جوش برداشته شود تا از باقي ماندنش درون فلز جوش جلوگيري شود.*اين روش معمولا" براي جوش فلزات با ضخامت کمتر از 3/16", بخاطر Burn Through مناسب نمي باشد.*مگر در کاربردهاي خاص شديدا " به مسطح بودن وضعيت جوشکاري محدود است، زيرا مسطح بودن و افقي بودن وضعيت براي جلوگيري از ريختن فلاکس لازم است.
فلزات مناسب جوش زير پودري:جوش زير پودري براي همه فلزات و آلياژها مناسب نيست. براي سهولت فلزات و آلياژها را مي توان با توجه به مناسب بودن آنها براي جوش زير پودري به سه دسته تقسيم کرد: فلزات بسيارمناسب، فلزات اندکي مناسب و فلزات غيرمناسب .

فلزات بسيارمناسب: جوش زير پودري بيشترين استفاده را در جوش فولادهاي غيرآلياژي (فولاد ساده ) کم کربن حاوي کمتر از %30/0 کربن, کمتر از% 5 0/0 فسفر و کمتر از % 5 0/0 گوگرد دارد. اغلب مثال هاي اين مقاله به اين فولادهامربوط است, که محدوده تنش تسليم آنها حدود 000/45 تا Psi 000/85 است و معمولا با فلاکس و الکترود AWS 15.17 – 69 (مشخصات فني فلاکس ها و الکترودهاي فولادهاي آرام ساده براي جوش قوس زير پودري) جوش مي شوند. فولادهاي کربن متوسط و کم آلياژ ساختماني در رده فولادهاي مناسب جوش زير پودري هستند اگرچه اغلب به پيشگرم، پس گرم و استفاده از فلاکس و سيم الکترودهاي ويژه نياز دارند. فولاد ضد زنگ, فولاد کربني آلياژي قابل سخت شدن, و فولاد ساختماني پراستحکام نيز با روش جوش زير پودري جوشکاري مي شوند. روش جوشکاري اين فولادها مستقلا" در مقالات ديگر با عنوان جوشکاري فولادهاي کربني قابل سخت شدن, فولادهاي آلياژي و فولادهاي ضد زنگ توضيح داده شده است. جوش زير پودري همچنين براي ايجاد پوشش هاي مقاوم به سايش براي موقعيـت هايي که تحت سايش هستند بکار مي رود. ***فلـــزات اندکي مناسب : بــرخي فلزات و آلياژهايي را که مي شود به روش جوش زير پودري جوش داد، بيشتر با روش هايي جوش مي دهند که منطقه حرارت داده شده باريک تر باشد. برخي فولادهاي ساختماني پراستحکام کم کـــربن جزء اين گروه هستند زيرا استحکام ضربه و کشش مورد نياز در روش جوش زير پودري به سختي بدست مي آيند. فولادهاي پرکربن, فولادهاي مار تنزيتي, و مس و آلياژهاي مس نيز جزء اين گروه هستند.

فلــزات نامناسب: چدن را معمولا" نمي توان به روش جوش زير پودري جوش داد, زيرا نمي تواند تنش هاي حرارتي ناشي از گرماي ورودي را تحمل کند. با اين حال مثال 241 در مقاله جوش قوس چدن, کاربردي را که در آن چدن ماليبل به فولاد کم کربن جوش شده است را تشريح مي کند. مسائلي که در جوش فولاد آستنيته منگنزي و فولاد ابزار پرکربن رخ مي دهند جوشکاري آنها را با هر روش معمولي دشوار مي سازد. آلياژهاي آلومينيوم و آلياژهاي منيزيوم را نمي توان به روش زير پودري جوش داد زيرا فلاکس مناسب براي آن پيدا نمي شود. سرب و روي بخاطر نقطه ذوب پايين مناسب جوش زير پودري نيستند. تيـتانيوم در کاربردهاي آزمايشگاهي به روش زير پودري جوشکاري شده ولي فلاکس مناسب براي جوش آن تاکنون ارائه نشده است.

جنبه هاي متالورژيک :سه ويژگي جوش زير پودري در جريان هاي بالا نيازمند توجه ويژه است : الف) در صد بالاي فلز پايه در جوش هنگامي که قطب معکوس جريان مستقيم استفاده شود. ب) مقدار زياد سرباره توليد شده در عمليات . ج) گرماي ورودي زياد که ريز ساختار را تحت تاثير قرارمي دهد.*/*/هنگامي که درصد فلز پايه در رسوب فلز جوش بالا باشد, به حداقل رساندن ناخالصي هاي مضر مانند فسفر و گوگرد بسيار اهميت دارد.مقدار زياد سرباره عموما" منبعي از سيليسيم يا منگنز است که ممکن است مقداري از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود. لذا معمولا" هنگام استفاده از فلاکس هاي پرسيليسيم، از سيم الکترود کم سيليسيم (حداکثر % 05/0 سيليسيم) استفاده مي شود تا از جذب سيليسيم اضافي توسط فلز جوش جلوگيري شـود. همچنين از سيم الکترود کم منگنز حاوي کمتر از 0.50% منگنز معمولا" بـــا فلاکس هاي پـٌر منگنز استفاده مي شود. سيــــم الکترود پرمنگنز حاوي %2 منگنز عموما" با فلاکس هاي کم منگنز استفاده مي شوند. گرماي ورودي زيادي که ازجوشکاري در جريان زياد ناشي مي شود (تا حدود 1500 آمپر) در سرعت هاي حرکت پايين باعث تغيير ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه را کاهش و استحکام کششي و دماي تبديل تردي به نرمي را افزايش مي دهد. تغييرات ريز ساختار : افزايش تغييرات ساختار فلز پايه به چهار عامل وابسته است://حداکثر دمايي که فلز در آن قرارداده مي شود //زمان آن دما//ترکيب شيميايي فلز پايه //سرعت سرد شدنساختار فلز جوش ستوني است زيرا از مرزجامد شروع شده و فقط در يک جهت امکان رشد دارد. در فولاد کربني قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزديک قسمت جوش از فلز پايه بخاطررسيدن به دماي حدود 2800 تا 2200 فارنهايت وجود دارد.فلزي که در دماي 1700 تا 2200 فارنهايت گرم شده نواري از دانه هاي نازک تر دارد. اگرچه اين منطقه در بيشتر از دماي دگرگوني فاز گرم شده, ولي زمان باقي ماندن در اين دما براي درشت ساختار شدن کافي نبوده است. منطقه بعدي 1700 تا1400 فارنهايت، منطقه اي است که فولاد باز پخت شده و به مقدار قابل توجهي نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پايه دورتر از اين منطقه نيز تغيير نکرده باقي مي ماند. اندکي کاربيد کروي شده بخاطر باقي ماندن در حدود 1330 فارنهايت، ممکن است ايجاد شود. پيش گرم و پس گرم کردن, اصول پيش گرم کردن و پس گرم کردن براي جوش زير پودري مشابه ساير روش هاي جوشکاري است. پيش گرم و پس گرم براي فولادهاي سختي پذير, مخصوصا" فولادهايي که کربن آنها از حدود %3/0 و ضخامت آنها بيشتر از "4/3 باشد بکار مي رود.کاهش سرعت سردشدن که در اثر پيش گرم رخ مي دهد، زمان ماندگاري در دماي بالاتر از شروع تغيير حالت مارتنزيتي را افزايش مي دهد و لذا تغيير حالت آستنيت به پرليت ظريف تر بجاي مارتنزيت سخت را افزايش مي دهد. در منطقه جوشي که پيش گرم شده نسبت به جوش پيش گرم نشده احتمال کمتري وجود دارد که فاز سخت تشکيل شود. همچنين بخاطر سرعت سرد شدن کمتر در فولاد هاي پيش گرم شده, خطر ترکيدگي جوش و تنش هاي حرارتي کاهش پيدا مي کند. پـــس گــرم کردن هنگام نياز به تنش زدايي حرارتي, بازپخت, نرمالايز کردن يا تمپرکردن بکارمي رود.
منابغ تغذيه:منابع تغذيه جوش زير پودري عبارتند از:الف) موتور ژنراتور و ترانسفورماتور رکتي فاير, با خروجي جريان مستقيم (DC) . ب)ترانسفورماتور با خروجي جريان متناوب (AC) هر دو جريان هاي مستقيم و متناوب درجوش زير پودري نتايج قابل قبولي ارائه مي دهند. اگرچه هر کدام در برخي کاربردهاي خاص معايب ناخواسته اي دارند- بسته به شدت جريان، قطر سيم الکترود, و سرعت حرکت –که در ليست زير ذکر شده اند:**جوش نيمه خودکار با الکترود "64 / 5 يا "32/3 در جريان مستقيم 300 تا 350آمپر، استفاده از جريان مستقيم ارحج است.**جوش خودکار با يک الکترود در جريان پايين (300تا 500 آمپر) و سرعت حرکت بالا (40 تا 200 اينچ در دقيقه)، استفاده از جريان مستقيم ارحج است. **جوش خودکار با يک الکترود و جريان متوسط (600 تا 900 آمپر) سرعت حرکت 10 تا 30 اينچ در دقيقه، هم جريان مستقيم و هم متناوب استفاده مي شوند.**جوش خودکار با يک الکترود و جريان بالا (1200 تا 21500 آمپر) سرعت حرکت 5 تا 10 اينچ در دقيقه, استفاده از جريان متناوب ارحج است.**جوش خودکار با بيش از يک الکترود و در حالت پشت سرهم و جريان هر کدام از الکترودها 500 تا 1000 آمپر با هم الکترودها، جريان متناوب (يا جريان مستقيم در الکترود جلويي ) استفاده مي شود.**جوش خودکار با دو الکترود در عرض هم, باهر دو جريان مستقيم و جريان متناوب استفاده مي شود.
سيستم هاي تغذيه سيم جوش:تجهيز تغذيه سيم الکترود جوش زير پودري از دو نوع سيستم کنترلي براي کنترل سرعت تغـــذيه سيم (سيستم هاي حساس به ولتاژ و سيستم هاي سرعت ثابت) استفاده مي کنند. سيستم هاي کنترلي حساس ولتاژ با منبع تغذيه هاي جريان ثابت و سيستم هاي کنترل سرعت ثابت با منبع تغذيه هاي ولتاژ ثابت استفاده مي شوند

سيم الکترود جوش زير پــودري:سيم هاي الکترود جوش زير پودري فولاد در اندازه هاي مختلف توليد مي شوند. پوشش نازکي از مس براي بهبود هدايت الکتريکي و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگي بر روي سيم ايجاد مي شود.ترکيب شيميائي سيم الکترود به ترکيب شيميائي فلز جوش و خواص مکانيکي و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکيب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکس وابسته است. براي رسيدن به نرخ رسوب بالاتر مي توان از دو يا چند الکترود نازک تر بجاي يک الکترود ضخيم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزايش چگالي جريان و فشار پلاسما جت و افزيش عمق نفوذ و باريک شدن باند جوش مي شود.الف) همـــه الکترودها علاوه برمقادير جدول حداکثر داراي % 35 0/0 گوگرد, % 030/0 فسفر, %15/0مس (غيراز پوشش) و % 50/0 ساير عناصر مي باشند. ب) به علاوه حاوي 05/0 - 15/0 تيتانيوم, 2 0/0 - 12/0 زيرکونينوم, 5 0/0 تا 15/0 آلومينيوم و تا 50/0 درصد ساير عناصر نيز مي باشد. ساده ترين روش براي جلوگيري از تشکيل پرليت و فريت گوشه دار استفاده از حدود %5/0 موليبدن و %200/0 بــُر در ترکيب فولاد است, که با کاهش آهنگ تشکيل محصولات دگرگوني در دماي بالا باعث ايجاد فاز بينيت مي شود. لذا استحکام کششي و تسليم را افزايش مي دهد.
پـودرهاي جوش زير پودري :پودرهاي جوش زير پودري به سه شکل وجود دارند.*پودرهاي ترکيب شده *پودرهاي چسبيده شده *پودرهاي آگلومره */*پودرهاي ترکيب شده: براي توليد پودرهاي ترکيب شده ابتدا اجزاء بصورت خشک مخلوط سپس دريک کوره الکتريکي ذوب و با پاشش آب سرد يا ريختن روي صفحه سرد منجمد مي شود. مزاياي اين نوع پودر عبارت است از :**کاملا توزيع ترکيب شيميائي يکنواخت دارند.**مي توان خاکه آن را بدون تغيير در ترکيب شيميايي جدا کرد.**محصول رطوبت گير نيست و مسائل ذخيره سازي و نگهداري ساده تر دارد.**پودرهاي ذوب نشده را مي توان چندين دور مورد استفاده قرار داد (بدون تغيير قابل توجه).**مناسب براي جوشکاري با بيشترين سرعت

محدوديت : محدوديت مهم اين پودر ها عدم امکان افزودن اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دماي حلاليت بالاي آنها است.پودرهاي چسبيده شده: براي توليد پودرهاي چسبيده شده مواد خام تا اندازه D * 100 آسياب مي شوند. بصورت خشک با هم مخلوط شده و با افزودن سيليکات پتاسيم يا سيليکات سديم به هم چسبيده مي شوند. مخلوط حاصل به شکل گلوله درآمده و در دماي پايين خشک مي شوند و بصورت مکانيکي خرد شده و دانه بندي مي شوند.

مــزايــا :بخاطر دماي توليد پايين, اکسيد زداها و فرو آلياژها دراين روش قابل افزوده شدن هستند.*چگالي پودر پايين تر است و امکان استفاده از لايه ضخيم تر فلاکس برروي منطقه جوش وجود دارد. -سرباره ايجاد شده بر روي جوش پس از سردشدن بهتر جدا مي شود

.محدوديت :محدوديت هاي مهم اين روش عدم امکان جداکردن خاکه بدون تغيير در ترکيب شيميايي و حساسيت بالا به جذب رطوبت است.پودرهاي آگلومره: روش توليد مشابه پودرهاي چسبيده شده است غير از اينکه از يک الک سراميکي استفاده مي شود. در اين نوع پودر نيز براي استفاده از اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دماي Curing بالاي الک (1400 oc) مانند پودرهاي ترکيب شده محدوديت وجود دارد.دانه بندي: اندازه دانه هاي پودر جوش بخاطر تاثير برمصرف بهينه پودر جوش در جريان هاي جوش مختلف حائض اهميت است. در جريان هاي بيشتر از 1500 آمپر بايد از درصد ذرات ريز بيشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد. پودرهاي چسبيده شده که در جريان هاي کمتر استفاده مي شوند بستگي کمتري به اندازه ذرات دارند و عمدتا" در يک سايز توليد مي شوند. حداکثر جريان مناسب براي اين نوع پودر 800 تا 1000 آمپر است. در حالي که برخي انواع پودر ترکيب شده (انواع سيليکات کليسم اصلاح شده ) را تا 2000 آمپر نيز مي توان بکار برد.

ترکيب پودرهاي جوش:درزمان پيشرفت فرايند جوش زير پودري در اواسط دهه 1930 پودرهاي ترکيب شده حاوي ترکيبات سيليکاتي استفاده مي شدند که عمدتا" حاوي آلومينا سيليکات منيزيم، کلسيم و منگنز بودند. ترکيبات مورد مصرف در سراسر دنيا ترکيبات سيليکات منگنز ارائه شده درجدول1 بودند. براي تنظيم محدوده ذوب و ساختار آن از دياگرام MnO – SiO2 استفاده مي شد. نتيجه جوشکاري با پودرهاي چسبيده شده تقويت شده، پس از ذوب و انجماد جوش در فلز جوش مشابه پودر ترکيب شده است. فروسيليم و اکسيد منگنز و سيلسيم فلاکس ترکيب مي شوند. لذا مقدار MnO نسبت به SiO2 که براي جوش زير پودري مناسب است در قسمت جوش باقي مي ماند.انواع پودرهايي که در جدول1 توضيح داده شده براي دستيابي به خواص پيشرفته تر و هزينه اقتصادي تر و ظاهر مناسب تر گرده جوش در مقادير کمتر منگنز اصلاح شده اند. برخي ترکيبات پودرها با بازيسيته بيشتر (که مقادير CaF2, CaO دارند) خواص مکانيکي بهتري در فلز جوش ارائه مي دهند و افزودن تيتانيوم پايداري قوس بيشتر و اکسيد فلزات خاص ظاهر جوش را در فولادهاي آلياژي بهبود مي دهند. براي رسيدن به ظاهر جوش مناسب در جوشکاري پرسرعت ورق ها خواص دمايي گرانروي فلاکس را بايد تنظيم کرد. فلاکس هاي کاربردهاي خاص براي منظورهاي خاص طراحي مي شوند.

مقايسه پودر جوش زير پـــودري با پوشش الکترود:پودرهاي جوش زير پودري در مقايسه با مواد بکار رفته در پوشش الکترودهاي جوشکاري الکترود دستي چند تفاوت عمده دارند. فلاکس هاي جوش الکترود دستي حاوي ترکيباتي مانند سلولز براي ايجاد گاز محافظ است. همچنين ترکيباتي با تابع کاري پايين مانند اکسيد سديم و اکسيد پتاسيم براي کمک به شروع قوس و پايداري آن و مواد ديگري براي تقويت نفوذ, نرخ ذوب و استفاده از قطب هاي مختلف جريان به پوشش الکترود اضافه شوند. که پودرهاي جوش زير پودري غالبا" به اين ترکيبات نيازي ندارند, زيرا وجود سرباره مذاب و دانه هاي کروي پودر از قوس حفاظت کرده و نيازي به گاز محافظ نيست. وجود ترکيبات سيليس و فلورايد عموما"پايداري مطلوب قوس را تضمين مي کند و حداقل %10 فلورايد کلسيم براي بهبود سياليست فلاکس مذاب به سيليکات هاي فلزي پودر اضافه مي شوند.پوشش هاي الکترود هاي جوش قوس الکترود دستي بخاطر اينکه بايد قابل اکسترود باشد و ساير ملزومات توليد داراي فــرمول پيچيده اند وبرعکس آن پودرهاي جوش زير پودري ازترکيبات معدني ساده و از سيستم هاي دوتايي, سه تايي و يا چهار تايي انتخاب مي شوند. رايج ترين فلاکس ها از سيستم MnO – SiO2 و يا CaO - SiO2 تشکيل شده انـــد که مي توانند با اکسيدهاي آلومينيم, منيزيم, زيرکونيوم و تيتانيوم ترکيب شود و فلاکس هاي کاربردهاي خاص را به وجود آورند.فلاکس هاي الکترودهاي پوشش و فلاکس هاي جوش زير پودري به روش هاي متفاوتي دسته بندي مي شوند. استانـــدارد AWS A5.1-6 الکترودهـــا را برحسب نوع مواد پوشش فلاکس دسته بندي مي کند. و استاندارد A 5.1 7-69 براي دسته بندي پودر جوش زير پودري به طبيعت شيميايي فلاکس ارتباطي ندارد فقط به خواص مکانيکي رسوب جوش که با الکترود مخصوص به وجود مي آيد مربوط است. در عمل بيشتر الکترود و فلاکس جوش زير پودري از روي ظاهر جوش انتخاب مي شوند تا در نظر گرفتن جنبه هاي فني.

نقطه ذوب و نرخ ذوب پودرهــاي جوش:يک پودر جوش موثر بايد دردماي بالا به خوبي سيال باشد و لايه روان و محافظ برروي فلز جوش ايجاد نمايد و آنرا از اکسيد شدن حفاظت کرده ولي در دماي اتاق ترد باشد و به آساني از روي جوش جدا شود. نقطه ذوب و چگالي فلاکس نيز بايد کمتراز فلز جوش باشد که گازهاي توليد شده بين فلز و سرباره بتوانند وارد سرباره شوند و براي تکميل وظيفه سرباره سازي بايد فلاکس پس از تکميل انجماد فلز جوش منجمد شود. لذا حد بالايي دامنه ذوب پودر جوش زير پودري حدود 1300 oC مي باشد. مقدار فلاکس ذوب شده در هر دقيقه به ولتاژ و جريان جوش بستگي دارد و در جريان ثابت مقدار پودر ذوب شده در هر دقيقه با افزايش ولتاژ جوش افزايش مي يابد. در عمل معمولا" وزن فلاکس ذوب شده و وزن الکترود ذوب شده برابرند.

تاثير فلاکس بر ترکيب فلز جوش:واکنش هاي بين فلز جوش مذاب و پودر جوش ذوب شده در ضمن جوشکاري زير پودري شبيه واکنش بين مذاب و سرباره در فولاد سازي است. و لذا وظيفه سرباره مذاب کاهش ناخالصي هاي فلز جوش و تامين عناصري مانند منگنز و سيليکون براي فلز جوش است. چنانچه در قسمت الف شکل 4 مشاهده مي شود با افزايش MnO درسرباره تا حدود 10 درصد مقدار منگنز فلز جوش افزايش سريع دارد که به تدريج مقدار اين افزايش کم مي شود. لذا بسياري از فلاکس ها حاوي حدود %10 اکسيد منگنز است. رابطه مقدار SiO2 موجود در فلاکس و مقدارSi فلز جـــوش متفاوت است و تا هنگامـــي که SiO2 موجود در سرباره حدود %40 باشد سيليسم اندکي جذب نمي شود لذا فلاکس هاي تجاري و مخصوصا" فلاکس هايي که براي جوش هاي با چند پاس توليد مي شوند مقدار زياد حدود %40, SiO2 دارند. برخي فلاکس ها مي توانند فروآلياژها را براي جوش تامين کنند. اکسيدهاي فلزي موجود در پودر مانند NiO, MnO3, Cr2O3 باعث انتقال عناصر فلزي از سرباره به فلز جوش شوند. مقدار Cr2O3 فلاکس, ترکيب الکترود, ترکيب فلز پايه اي که بر روي آن فلز جوش رسوب مي کند بر مقدار سيليسم باقي مانده در فلز جوش تاثير مي گذارند.همه عواملي که زمان واکنش فلز - سرباره يا متوسط دماي حوضچه جوش را تغيير دهد, برتوزيع عناصر آلياژي باقي مانده در فلز جوش تاثير خواهد گذاشت. در شرايط طبيعي جوشکاري, سرعت حرکت مهمترين عامل در رسوب عناصر آلياژي است و نيز افزايش ولتاژ عموما" باعث افزايش عناصر فلزي منتقل شده به فلز جوش مي شود.

گرانروي و هدايت سرباره ها :براي اينکه فلاکس در برابر نفوذ گازهاي اتمسفري مقاوم باشد بايد گرانروي آن در منطقه جوش به اندازه کافي بالا باشد که در ضمن بتواند از سرريز شدن فلز مذاب و حرکت آن به سمت جلوي قوس که ممکن است باعث حبس سرباره در زير فلز جوش مذاب شود جلوگيري کند. از طرف ديگر به اندازه کافي سيال باشد که حل شدن سريع اجزاء غير فلزي مانند اکسيدها و خارج شدن گازها از فلز مذاب را ممکن سازد. ويسکوزيته فلاکس مذاب در دماي oC1400 در حدود 2 تا 7 poises مي باشد.دانه هاي پودر جوش در دماي اتاق عايق الکتريکي هستند و مقاومت آنها با افزايش دما کاهش مي يابد و سرباره هاي مذاب در دماي حوضچه جوش بسيار هادي هستند.

روابط الکتريکـي :روابط الکتريکي منطقه جوش توسط نوع فلاکس و روش جوشکاري تعيين مي شود.. بررسي هاي نوسان نگاري، اسپکتوگرافيک و راديو گرافيک, قوس طبيعي را در هنگام جوشکاري زير پودري نشان مــي دهند. براي محاسبه روابط الکتريکي ثبت ولتاژ در بررسي هاي نوسان نگاري مهمترين عامل است.

شرايـط جوش:دانسيته جريان الکتريسته در سيم الکترود جوش زير پودري در مقايسه با مقدار آن در جوش الکترود دستي چندين برابر بزرگتر و نرخ ذوب و سرعت جوشکاري نيز بيشتر است. ارتباط بين ولتاژ معمول تجهيزات صنعتي و جريان نشان داده شده است. براي اين داده ها فرض شده که هر يک از تنظيمات جريان جوشکاري دامنه اي حدود 10 ولت دارد، که در اين محدوده جوش سالم در ولتاژهاي بالاتر گرده جوش پهن تر و در ولتاژهاي پايين تر گرده جوش باريکتر مي دهند. در ولتاژ جوشکاري و مجموع و پتانسيل کاتد و آند با افزايش جريان جوشکاري افزايش مي يابند. و در هر جرياني با کاهش ولتاژ و يا مجموع پتانسيل کاتد و آند مقدار پودر ذوب شده کاهش مي يابد و به صفر نزديک مي شود. خطي نبودن کاهش پتانسل کاتد و آند نشان دهنده وجود هدايت الکتروليتي است.حداکثر سرعت جوشکاري قابل استفاده براي جوشکاري بدون عيب و رفتار پايدار, با جريان جوشکاري تغيير مي کند. هنگامي Undercut رخ مي دهد که جوشکاري در سمت راست خط مورب انجام شود.مثلا" جوش تک پاس را در ورق هاي به ضخامت 1 اينچ را مي توان با 1500 آمپر و با سرعت 10 اينچ در دقيقه جوش داد.

فاصله نازل : فاصله بين سطح فلز پايه و نوک لوله تماس (نازل) در گرماي وارده به جوش و لذا نرخ ذوب تاثير مي گذارد. زيرا نرخ ذوب الکترود جوش مجموع ذوب شدن براثر گرماي قوس و ذوب شدن براثر گرماي مقاومت الکتريکي (I2R) در طول الکترودي که از نازل خارج شده است مي باشد. بسته به طرح اتصال و طول قوس, انتهاي الکترود ممکن است بالاتر, هم سطح يا زير سطح بالايي فلز پايه باشد. نرخ ذوب ناشي از گرماي مقاومتي I2R در الکترود تابع نمايي از طول الکترود بين نازل و قطعه کار، جريان و قطر الکترود مي باشد. افزايش مقدار ذوب بر اثر گرماي مقاومتي به شدت جريان و طول الکترود خارج از نازل وابسته است, که هر دو تابعي از قطر الکترود مي باشند

نفـــوذ:نفوذ, عمق تشکيل رسوب جوش درشيار يا سطح فلز پايه است که معمولا" فاصله زيرسطح اصلي است، که فلز آن ذوب شده است. ولتاژ کم اهميت ترين و جريان جوشکاري مهمترين عامل در محاسبه نفوذ و سرعت جوشکاري است. تاثير متقابل ولتاژ, جريان و سرعت حرکت جوش بر مقدار نفوذ که از چندين آزمايش زير پودري بدست آمده اند. براي ساير فرايندهاي جوش قوس، GMAW وSMAW نيز رابطه خطي مشابهي بدست آمده است. شيب اين خط مورب در فرايندهاي مختلف متفاوت است و بيشترين مقدار آن مربوط به فرايندهايي است که از گازهاي محافظ هليم يا CO2 استفاده مي کنند. ظرفيت حرارتي فلز جوش مذاب براي محاسبات گرماي ورودي و سرعت سردشدن داراي اهميت هستند و با مقطع عرضي گرده جوش که نشان دهنده مقدار فلزي است که براي ذوب شدن گرم مي شود، متناسب است. بازده توليد براي هر روش جوشکاري به اندازه گيري اين ناحيه مربوط مي شود. ارتفاع گرده جوش با افزايش جريان جوشکاري و کاهش سرعت حرکت جوشکاري افزايش مي يابد و تاثير ولتاژ برگرده جوش ناچيز است.

رقــت ::نسبت فلز پايه به رسوب فلز جوش عامل مهم در کنترل خواص مکانيکي فلز جوش است. رقت فلز جوش از فلز پايه را مي توان از روي نسبت حجم گرده (سطح مقطع عرضي درطول گرده) بر فلز پايه حساب کرد.رقت فلز جوش از فلز پايه با افزايش نسبت جريان به سرعت جوشکاري افزايش مي يابد. با افزايش ولتاژ نرخ ذوب الکترود اندکي کمتر شده و لذا باعث افزايش رقت مي شود.

بازيسيته پــودر جــوش ::انديس بازي پودر جوش (BI) معيار ديگري براي طبقه بندي پودرهاي جوش است که مقدار اسيدي بودن روش توليد فلاکس را و همچنين فعال ، خنثي يا آلياژي بودن فلاکس را مشخص مي کند. انديس بازي نسبت مجموع اکسيدهاي فلزي با پيوند سخت به مجموع اکسيدهاي فلزي با پيوند سست است . انديس بازي برآوردي از مقدار اکسيژن فلز جوش است و لذا مي تواند براي بيان خواص فلز جوش بکار رود. پودرهاي جوش با بازيسيته بيشتر تمايل به داشتن اکسيژن کمتر و استحکام بالاتر در فلز جوش دارند. در حالي که پودرهاي جوش اسيدي, جوشي با اکسيژن بيشتر ، ريز ساختار درشت تر و با مقاومت کمتر در مقابل تورق توليد مي کنند.پودرهاي جوشي با انديس بازي بيشتر از 5/1 پودر جوش بازي و با انديس بازي کمتر از يک ، پودر جوش اسيدي شناخته مي شوند. پودرهاي جوش اسيدي معمولا براي جوش هاي تک پاس مناسبند و رفتار جوش مناسب و در گرده جوش خاصيت ترکنندگي خوب دارند.علاوه برآن پودرهاي جوش اسيدي در مقايسه با پودرهاي جوش بازي مقاومت بيشتري در برابر ايجاد تخلخل ناشي از آلودگي هاي چون روغن ، زنگ و پوسته هاي نوردي در ورق دارند.پودرهاي جوش بازي در مقايسه با پودرهاي جوش اسيدي مقاومت به ضربه بهتري نشان مي دهند. اين مزيت در جوش چند پاس به وضوح مشهود است. پودرهاي جوش با بازيسيته زياد در جوش هاي بزرگ با چند پاس خواص ضربه خيلي خوب ودر جوش تک پاس خواص ضعيفتري را در مقايسه با پودرهاي جوش اسيدي نشان مي دهند.لذا مصرف پودرهاي جوش بازي بايد به جوش هاي بزرگ چند پاس که در آن استحکام ضربه خوب براي فلز جوش نياز باشد محدود شود

.منابع عيوب در جوش زير پودري::جوش زيرپودري فرايندي با گرماي ورودي بالاست و در زير لايه محافظ فلاکس انجام مي شود ولذا امکان بروز عيوب جوش در اين روش بسيار کمتر از ساير روش هاست . عيوبي که بعضا" در جوش زيرپودري رخ مي دهند عبارتند از: ذوب ناقص ، سرباره باقيمانده درون جوش ترک انقباضي ترک هيدروژني و تخلخل. ذوب ناقص و سرباره باقيمانده درون جوش اغلب ناشي از قرار گرفتن صحيح گرده جوش برروي درز جوش و يا از فرايند ناشي مي شود. انحراف گرده جوش از محل خود باعث ايجاد چرخش و تلاطم فلز مذاب و اکسيژن تکه هايي از سرباره به درون فلز جوش شود. و اگر هم که گرده جوش دور از لب هاي اتصال باشند باعث عدم نفوذ کافي جوش به فلز پايه شود. گرده جوش تاجي شکل که براثر پايين بودن ولتاژ ايجاد مي شود نيز احتمال بروز نفوذ ناقص و محبوس شدن سرباره را بخاطر مختل شدن حرکت يکنواخت مذاب تشديد مي کند.

ترک انقباضي :ترک انقباضي در وسط طول گرده جوش زير پودري هنگامي رخ مي دهد که شکل گرده جوش و يا طرح اتصال مناسب نباشد و يا مواد جوش غلط انتخاب شده باشند.متمايل به ترک انقباضي در جوش با گرده جوش محدب و به شکل گرده ماهي هنگامي که نسبت پهنا به ارتفاع آن بيشتر از يک باشد کمتر است. هنگامي که عمق نفوذ جوش زياد باشد تنش هاي انقباضي باعث ترک طولي در وسط جوش مي شود و خطر اين ترک مي تواند براثر طرح اتصال نامناسب تشديد شود. مواد مستحکم تر بدليل تنش بيشتر در جوش تمايل بيشتري به ايجاد ترک دارند. لذا هنگام استفاده از اين مواد بايد در انتخاب مواد جوش, آماده سازي طرح اتصال, دماي پيش گرمايش و دماي بين پاس ها کاملا دقت شود.

ترک هيدروژني ::ترک هيدروژني يک فرايند کند است و برخلاف ترک انقباضي که بلافاصله پس از جوش ظاهر مي شود ايجاد آن تا روزها پس از جوش نيز مي تواند ادامه يابد. براي کاهش خطر ترک هيدروژني بايد همه منابع هيدروژن مانند آب ، روغن و آلودگي هاي موجود در فلاکس الکترود و سطوح اتصال حذف شوند و ورق فلاکس و الکترود کاملا" تميز و خشک باشند.فلاکس و الکترود را بايد در محل هاي خشک و مقاوم به رطوبت نگهداري کرد و چنانچه در معرض رطوبت قرار گرفت بايد طبق دستور سازنده مجددا" خشک شوند.انتخاب مواد جوش مناسب براي فولادهاي پراستحکام مقاومت جوش را در برابر ترک هيدروژني افزايش مي دهد. مواد جوش ويژه مقاوم در برابر ترک هيدروژني ساخته مي شوند که قابليت نفوذ هيدروژن در جوش را کاهش مي دهند. پيش گـــرمايش قطعه کار خطر ترک هيدروژني را باز هم کاهش مي دهد. قطعات ضخيم گرماي پيش گرم را تا ساعت ها پس از جوشکاري در قطعه نگه مي دارند. لذا خطر ترک هيدروژني در اين قطعات کمتر است. دماي پيش گرم مناسب بيشتر از oC100 است زيرا در اين دما هيدروژن درون فولاد کاملا متحرک است و به خروج بيشترين مقدار هيدروژن از فولاد کمک مي کند.

تخلخل::درجوش زير پودري سرباره حفاظت خوبي از مذاب انجام مي دهد و لذا تخلخل ناشي از ورود گاز به مذاب در جــوش. زير پودري معمول نيست. در جوش زيرپودري منشاء تخلخل ممکن است از درون مــذاب و يا فشردگي هايي در سطح گرده جوش باشد. براي کاهش تخلخل در جوش زير پودري بايد پوشش فلاکس کافي باشد و ورق، الکترود و فـــلاکس از همه آلودگي ها از جمله رطوبت روغن و غيره پاک باشند. در سرعت هاي بيش از حد جوش کاري نيز حباب هاي گاز فرصت خارج شدن از مذاب را پيدا نمي کنند که در صورت وجود حباب ها درست در زير سرباره براي کنترل آن بايد سرعت پيشروي جوشکاري را اندکي کاهش داد.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت رسیک]

[مشاهده در: www.ri3k.eu]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 267]