چدن از عالی ترین آلیاژهای ریخته گری است. ترکیب شیمیایی این آلیاژ و وجود برخی عناصر اضافی در ساختار آن، جوشکاری چدن را تا حدی دشوار می سازد. استفاده از دستگاه های به روز و روش صحیح جوشکاری می تواند این مشکل را برطرف کند. امروزه، اینورترها به عنوان دستگاه های پربازده جوشکاری، انجام این عملیات را تسهیل نموده اند.
چدن چیست؟
.jpg)
چدن جزء آلیاژهای آهن-کربن است که بیش از ۲% کربن دارند و به همین دلیل سخت و مقاومند. چدن ها نقطه ذوب نسبتاً پایینی دارند، سیالیت خوب، ریخته گری و قابلیت ماشین کاری آن مناسب است. خاصیت انعطاف پذیری چدن ها نسبت به آهن و فولاد کمتر است و به طور کلی می توان گفت چدن ها غیر از چدن های مالیبل یا چکش خوار خاصیت شکنندگی دارند. در پروسه جوشکاری چدن، انبساط و انقباض فلز به علت انتقال گرما و سرما رخ می دهد که موجب به وجود آمدن تنش کششی در آن می شود.
انواع و کاربرد چدن
چدن ها با توجه به آلیاژی که در آن قرار دارد، ویژگی های متنوعی پیدا می کنند که در ادامه آن ها را شرح داده ایم. یکی از آلیاژهایی که در چدن وجود دارد، کربن است؛ اما در کنار آن آلیاژ سیلیکون از مهم ترین آلیاژهای موجود در چدن به شمار می رود. سیلیکون عامل گرافیت کننده است و در صورت کم بودن میزان آن، سرد شدن با سرعت بیشتری رخ می دهد.
آلیاژهای نیکل و مس، قابلیت ماشین کاری و استحکام را افزایش می دهند. اگر کربن به شکل گرافیت تشکیل شود، آهن نرم تر خواهد شد و استحکام، چگالی و انقباض را کاهش می دهد.
کاربرد چدن در صنعت
جوشکاری چدن با اینورتر در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. صنایعی چون خودرو، ریخته گری، راه آهن، کشتیرانی و ساختمان سازی برخی از این موارد کاربرد هستند. تنوع کاربری چدن به دلیل ویژگی های مکانیکی و ساختار شیمیایی این آلیاژ است.
از مهم ترین ویژگی های آلیاژهای متنوع چدن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- قابلیت بالای سیال شدن
- جذب ارتعاش بالا
- مقاومت در برابر ساییده شدن
- نقطه ذوب پایین
- انقباض کم در زمان انجماد
مهم ترین دلایل جوش دادن چدن
با توجه به ساختار متنوع آلیاژهای چدن، انجام تکنیک های جوشکاری و کیفیت انجام مراحل آن باید با دقت بالایی انجام شود.
عملیات جوش دادن روی قطعات چدنی به دلایل زیر انجام می شود:
- رفع عیوب ریخته گری به منظور بهبود ویژگی های قطعات
- تعمیر قطعات شکسته، فرسوده یا خورده شده
- برطرف کردن عیوب حاصل از ماشینکاری نادرست قطعات
ویژگی های دستگاه جوش اینورتر
اینورترها نسل جدیدی از دستگاه های جوشکاری با بهره گیری از تکنولوژی روز دنیا هستند. انرژی برق و حرارت بالای حاصل از این دستگاه ها، می تواند دو قطعه فلز را ذوب و به هم متصل کند. با توجه به اینکه بخش بزرگی از عملیات جوشکاری مربوط به آلیاژهای مختلف چدن است، جوشکاری چدن با اینورتر می تواند به سهولت روند کار کمک کند.
مهم ترین مزایای اینورترهای جوشکاری عبارتند از:
- امکان استفاده از الکترودها و فیلرهای مختلف جوشکاری
- عدم آلودگی صوتی
- قابلیت کنترل جریان
- بازدهی بالا
- قابلیت حمل دستگاه به دلیل سبک بودن آن
- مصرف انرژی کم و صرفه جویی در هزینه ها
- امکان انجام سریع تر و بهتر عملیات جوشکاری
- قیمت مناسب
فرایند جوشکاری چدن
.jpg)
برخی از مشکلات رایج در جوشکاری چدن شامل ترک های حرارتی، سختی و تردی در مناطق جوش، و حتی تغییرات در ریزساختار فلز می شوند. برای پیشگیری از این مشکلات، مهم است که فرآیند جوشکاری با دقت و با توجه به ویژگی های خاص چدن انجام شود.
فرآیند جوشکاری چدن ممکن است شامل موارد زیر باشد:
• پیش گرمایش (Preheating): این مرحله شامل گرم کردن قطعه چدن قبل از شروع جوشکاری است. این اقدام به کاهش تنش های حرارتی و افزایش جوش پذیری کمک می کند.
• جوشکاری (Welding): این مرحله شامل استفاده از روش های مختلف جوشکاری مانند جوشکاری الکتریکی، جوشکاری با گاز، یا جوشکاری با لیزر است.
• پس گرمایش (Postheating): پس از جوشکاری، برای کاهش تنش های حرارتی ممکن است نیاز به گرم کردن مجدد قطعه چدن باشد.
• عملیات تنش زدایی حرارتی (Stress Relieving): این مرحله شامل گرم کردن قطعه به درجه حرارت خاص و نگه داشتن آن در آن دما به منظور کاهش تنش های حرارتی است.
از این روش ها و مراحل به طور هوشمندانه برای جلوگیری از مشکلات در جوشکاری چدن استفاده می شود. همچنین انتخاب متریال جوشکاری، نوع الکترود، و شرایط فرآیند نیز بسیار مهم است
مراحل جوشکاری چدن
شناسایی آلیاژ مناسب
همانطور که پیش از این گفتیم، چدن به خودی خود انعطاف پذیری کمی دارد و در اثر ضربه یا وارد شدن حرارت های زیاد یا کم در مدت زمان کوتاه دچار ترک خوردگی و آسیب می شود. این حساسیت بسته به نوع چدن متفاوت است؛ بنابراین باید نسبت به ترکیب و نوع چدن مورد استفاده آگاه بود. انواع چدن را مرور کردیم تا بتوان نوع چدن مناسب را برای کار مورد نظر به درستی انتخاب کرد.
تمیز کردن ریخته گری
هر نوع از چدن را باید پیش از جوشکاری، تمیز و سطوح آن را از هر گونه آلودگی مانند چربی، رنگ و … پاک کنید. برای این کار حرارت را آهسته و با دقت کافی و در زمان کوتاهی روی ناحیه جوش بگیرید تا گازهای حبس شده و آلودگی ها از روی ریخته گری برطرف شوند.
انتخاب دمای مناسب برای جوشکاری
یک علت علت ترک خوردن جوش چدن، تنش های حرارتی است. برای جوش مناسب چدن باید تنش های حرارتی را کنترل کرد تا چدن دچار ترک خوردگی نشود. برای منظور، باید دمای مناسب برای آن نوع چدن را تشخیص دهید.
انتخاب روش مناسب جوشکاری چدن
پس از انتخاب چدن مناسب برای جوشکاری باید فرآیند و روش جوش آن و مواد پر کننده مناسب انتخاب شود تا یک جوش مستحکم، مقاوم و صحیح به وجود بیاید و قطعه دچار ترک خوردگی و آسیب نشود.
مراحل جوشکاری چدن با اینورتر
در جوشکاری چدن با اینورتر ممکن است به دلیل عدم مهارت در انجام کار، ترک خوردگی یا آسیب در قطعه ایجاد شود. برای قطعاتی با کاربری مهم، لازم است تا این فرایند توسط جوشکارهای حرفه ای انجام شود.
جهت تولید با کیفیت یک قطعه جوش خورده ضروری است تا مراحل مختلف جوشکاری به ترتیب اولویت آن مورد توجه قرار گیرند:
• بررسی آلیاژ چدن
• تمیز کردن محل انجام جوشکاری
• کنترل گرمایش و سرمایش و انتخاب صحیح دما
• استفاده از روش جوشکاری مناسب
روش های مؤثر جهت جوشکاری چدن
جوشکاری چدن با اینورتر به دلیل استحکام بالای ساختار آن با محدودیت هایی همراه است. به همین دلیل، در موارد نادری برای اتصالات از این آلیاژ استفاده می کنند. تکنیک های مختلف جوشکاری باید با آلیاژ چدن انتخاب شده تناسب داشته باشند. از این رو نوع تناسب را در جوشکاری پلاسما (PAW) که یکی از با کیفیت ترین و دقیق ترین روش های جوشکاری است می شود با توجه به نوع کاربرد در صنایع مختلف از آن به شکل بهتری استفاده کرد.
جوشکاری چدن با co2
در جوشکاری چدن با CO2، انرژی لازم برای جوشکاری از طریق قوس الکتریکی تولید می شود. در این روش، CO2 به عنوان گاز محافظ مورد استفاده قرار می گیرد. این تکنیک علاوه بر جوشکاری چدن برای اتصال یا جوشکاری فلزات آهنی و فولاد معمولی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. اما جوشکاری co2 در ساخت و ساز ساختمان بزرگ کاربردی است. در خدمات جوشکاری co2 که توسط متخصصان انجام می شود، جریان الکتریکی ایجاد شده در سیم جوش تامین حرارت می کند و باعث ذوب فلز و اتصال می شود.
جوشکاری چدن با آرگون یا TIG
جوشکاری چدن با آرگون یا TIG از انواع جوشکاری قوس الکتریکی است. این تکنیک با استفاده از انواع گاز جوشکاری صورت می گیرد که شامل آرگون و کربن دی اکسید و گازهای ترکیبی در جوشکاری است. از این رو جوشکاری TIG به دلیل کیفیت بالای جوش، قابلیت اطمینان بالا و ایجاد جوش ظریف، در صنعت به طور گسترده ای کاربرد دارد.
جوشکاری چدن با برنج
یکی از روش های رایج جوشکاری چدن با برنج است. در این روش کمترین ضربه به فلز پایه زده می شود. آماده سازی قطعات چدنی در این روش همانند عملیات جوشکاری با سیم جوش چدنی است. در این روش بهتر است از پخ کردن درز قطعات چدنی با سنگ سمباده اجتناب کرد، زیرا این کار باعث عدم اتصال جوش به چدن می شود.
جوشکاری چدن با الکترود
جوشکاری چدن با الکترود به روش های مختلفی انجام می شود.
در این عملیات با توجه به نوع کاربرد و هماهنگی رنگی مورد نیاز در قطعه، الکترودهای گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند:
• الکترودهای آلیاژ چدن
• الکترودهای آلیاژ مس
• الکترودهای آلیاژ نیکل
نکته مهم قبل از جوشکاری چدن
در پروسه جوشکاری چدن با اینورتر، توجه به نکات فنی عملیات، نقش مهمی در سطح مؤثر جوشکاری و افزایش کیفیت آن دارد.
رعایت این نکات از ایجاد عیوبی چون ترک یا خوردگی در سطح جوش جلوگیری می کند. این نکات عبارتند از:
• پیشگرم شدن
• کاربرد الکترود با ضخامت کم
• استفاده از پخ مناسب
• استفاده از شدت جریان پایین و انرژی جوش کم
نکات مهم پس از پایان جوش دادن چدن
با سرد شدن جوش و ایجاد تنش کششی، در محل انقباض حرارتی، ترک خوردگی هایی اتفاق می افتد. این نقص باید از طریق جوش هایی کوتاه جهت اتصال قسمت ریخته گری ترمیم شود. جوش دادن چدن مستلزم توجه به نکاتی است تا ایجاد تنش و ترک خوردگی به حداقل برسد.
جهت کاهش احتمال ترک خوردگی می توان از تکنیک های زیر استفاده کرد:
• ایجاد فشار برای جلوگیری از تنش کششی
• استفاده از تکنیک Penning یا ضربات چکشی
• لایه برداری
• پیش گرم شدن
• کاهش امپر جوش چدن
• کنترل خنک کننده از طریق استفاده از مواد عایق بندی (به منظور کاهش روند سرد شدن) یا گرمای دوره ای
مشکلات رایج جوشکاری چدن
.jpg)
فلز چدن در تولید محصولات مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. شرکت های بزرگ تولید کننده این محصولات، با استفاده از دستگاه جوشکاری، به بهترین شکل قطعات مختلف این فلز را به یکدیگر متصل می کنند. با این حال، بروز برخی اشکالات در حین فرایند ممکن است تا حدی کیفیت محصول خروجی را کاهش دهد
اشکالات ناشی از ریخته گری
عیوبی چون ناخالصی های ماسه ای یا حفره های انقباضی در آلیاژهای مختلف چدن از ذوب شدن کامل آنها حین جوشکاری جلوگیری می کند. این ویژگی ها ترشوندگی سطحی فلز جوش بر سطح فلز پایه را نیز کاهش می دهند.
فراوانی بالای فازهای مضر
درصد زیاد عناصری چون اکسیژن و فسفر در آلیاژهای چدن ترکیبات فلزی سختی ایجاد می کند. حضور این عناصر در ترکیب چدن ها باعث افزایش احتمال ترک خوردگی پس از جوشکاری می شود.
در پایان
جوشکاری چدن با اینورتر در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. صنایعی چون خودرو، ریخته گری، راه آهن، کشتیرانی و ساختمان سازی برخی از این موارد کاربرد هستند. تنوع کاربری چدن به دلیل ویژگی های مکانیکی و ساختار شیمیایی این آلیاژ است.