محمد حسن ستاره سه شنبه 19 مهر 1390 08:18 ب.ظ نظرات ()

 

جوشكاری چند پاسه ( چند لایه ای ) و دمای بین پاسی

پیشگرمی كنترل شرایط لایه اول جوش را می تواند بخوبی انجام دهد ، در عین حال برای جوشكاری لایه های بعدی دمای اتصال و نواحی مجاور جوش اهمیت زیادی دارد . بنابراین حد مجاز دمای میان جوش باید بررسی و مشخص شود . معمولا این حداقل با حداقل پیشگرمی برابر است مگر اینكه با جوشكاری لایه اول تغییراتی در شرایط ایجاد شده باشد . بعنوان مثال ، اتصال فولادهای آلیاژ فقط 200f پیشگرم می شود چون لایه اول جوش به روش ( gas tungsten arc welding )  GTAW انجام می گیرد و لایه های دیگر با استفاده از الكترود پوشش دار E 7010 كامل می شود . با در نظر گرفتن اینكه میزان مهار كردن اتصال در ضمن جوشكاری لایه های بعدی به حداكثر می رسد و از طرفی جوشكاری با الكترود كم هیدروژن انجام نمی شود . دمای میان جوشی در حدود 300 – 600مناسب خواهد بود . البته بررسی های نوع فولاد آلیاژ ، قابلیت جوش پذیری و طراحی اتصال ممكن است حداقل دمای میان جوش را تغییر بدهد .
دمای میان جوش علاوه بر تأثیر بر روی آمادگی ایجاد ترك در فولادهای سخت شونده ، بر تنش های باقیمانده و انقباض نیز تأثیر می گذارد . همچنین اندازه دانه بندی ها را متأثر می سازد . این تأثیر در اجسامی كه از فولاد كربنی ساخته می شوند اهمیت زیادی دارد.
الف – لایه اول تا دمای محیط سرد شده و سپس لایه دوم نشانده شده است . فقط قسمت كمی از دانه بندی های لایه اول در اثر حرارت لایه دوم ریزتر می شود .

ب – لایه دوم در دمای 1000F بود كه لایه دوم بر روی آن نشانده شده ، قسمت بزرگی از لایه اول در اثر گرمای لایه دوم متأثر شده و دانه بندی آن ریزتر می شود .
ج – پس از آنكه لایه باریك اول به دمای زیر حد بحرانی رسید ، لایه سنگین دوم آنرا مجددا تا بالای حد بحرانی رسانده و تمام لایه اول را متأثر ساخته و دانه بندی ها را ریزتر می كند .
د – قبل از اینكه لایه اول از دمای بحرانی سرد شود لایه دوم بر روی آن نشانده می شود . بنابراین دانه بندیهای لایه اول بدون تغییر می ماند .
دیده می شود كه فاصله زمانی بین نشاندن لایه های جوش بر روی میزان دانه بندی ریز شده تأثیر می گذارد . اگر لایه های جوش بلافاصله بعد از لایه قبلی نشانده شوند دانه بندی های جوش ریز نخواهند شد  . اگر لایه جوش بعد از اینكه لایه قبلی تا دمای محیط سرد شود . نشانده شود ، نسبت به حالتی كه لایه جوش قبلی هنوز گرم بوده ولی پایین تر از دمای بحرانی است و سپس لایه بعدی بر روی آن می نشیند ، دانه بندی ها را كمتر ریز می كند . اهمیت ریزتر شدن دانه بندی های لایه های متوالی جوش در مقدار ضربه شیار مشخص می شود . مقادیر كشش از پدیده ریز شدن دانه بندی لایه ها كمتر متأثر می گردد . ریز شدن دانه بندی ها معمولا برای مقادیر زیاد ضربه شیار فلز جوش خصوصا در دمای پایین مناسب است .
موقعی كه الكترودهای بدون پوشش را با الكترودهای پوشش دار ، در زمینه تأثیری كه بر روی ریز شدن دانه بندی فلز جوش می گذارند مقایسه كنیم ، به این نتیجه می رسیم كه الكترودهای بدون پوشش نسبت به الكترودهای پوشش دار در انرژی كمی جوشكاری می شوند ( آمپر*ولت: ولتاژ قوس برای الكترودهای بدون پوشش در حدود 18 و برای الكترودهای پوشش دار 23 – 25 می باشد ) ؛ در نتیجه الكترودهای پوشش دار ناحیه گرما دیده پهن تری ایجاد می كنند ( ناحیه ای كه حداقل تا دمای بحرانی می رسند ) ، بعلاوه درباره پوشش الكترودها ، سرعت سرد شدن جوش را كاهش می دهد بطوری كه دمای میان جوش لایه ها موقع نشستن لایه بعدی بیشتر از الكترودهای بدون پوشش می باشد .
این یك قانون كلی است كه هر چه اندازه اولیه دانه بندی كوچك باشد بعد از گرم كردن مجدد آن تا بالای دمای بحرانی و سرد كردن تا پایین آن دما ، اندازه دانه بندی ها  كوچكتر خواهد شد . لایه های كوچك جوش عموما دندریت های كوچكتری نسبت به لایه های بزرگ از خود نشان می دهند ، چون دندریت ها در لایه كوچك  نمی تواند باندازه لایه بزرگ رشد كنند . همچنین یك لایه كوچك خیلی سریع تر سرد می شود . چون لایه كوچك قبل از ادامه جوشكاری دانه بندی كوچكی دارد پس از گرم شدن مجدد تا بالای دمای بحرانی نسبت به لایه بزرگ ، دانه بندی ریزتری خواهد داشت . بعلاوه ، ناحیه گرما دیده ای كه در اثر جوشكاری لایه دوم ایجاد می شود در لایه كوچك بیشتر از لایه بزرگ گسترش عمقی خواهد داشت . بهر حال ، لایه كوچك خیلی سریع تر از لایه بزرگ سرد شده و موقع جوشكاری لایه بعدی دمای میان جوش آن ممكن است زیاد نباشد . اغلب در جوشكاری چند لایه ای سعی می شود تا ساختارهای با دانه بندی درشت در فلز پایه گرم شده حذف شوند . پس از آنكه شش لایه جوش در اتصال نشانده می شود با فرض اینكه لایه های متوالی با دانه بندی درشت را كه بوسیله لایه ماقبل خود ایجاد شده اند تا بالای دمای بحرانی می رساند ، ممكن است فقط در فلز مجاور لایه های پنج و شش دانه بندی درشت وجود داشته باشد . اگر اندازه آخرین لایه جوش و دمای كل اتصال طوری باشد كه محدوده ناحیه ای كه توسط لایه هفتم تا بالای دمای بحرانی می رسد AA  باشد ، دانه بندی های درشت فلز پایه كه حاصل جوشكاری لایه های 5 و 6 هستند ریز نخواهند شد و مقدار ضربه شیار جوش حداكثر میزان خود را از دست خواهد داد . در شیاری كه بوسیله پاشنه جوش عرضه می شود ساختاری با دانه بندی درشت خواهیم داشت .
آخرین لایه باید با انرژی كافی نشانده شود ( با در نظر گرفتن پیشگرمی فاصله زمانی بین لایه های پنج ، شش و هفت و اندازه لایه هفت ) تا بتواند ناحیه بحرانی را تا BB   گسترش دهد . خاصیت عمده فلزات جوش با كربن كم آن است كه دانه بندی درست حاصل نشده و ساختار ویدمن اشتیت تولید می شود . در اثر جوشكاری لایه هفت دانه بندی لایه های پنج و شش چندان درشت نخواهند شد .
گاهی اتفاق می افتد كه كار جوشكاری یك جوش چند لایه ای به علت نبودن جوشكار ماهر متوقف می شود . اگر فولاد با دمای میان جوش كه از حداقل تعیین شده بیشتر باشد جوشكاری شود در مورد تأثیر قطع شدن كار طبیعتا سؤالاتی مطرح می شود . برای مثال آیا می توان جوش را تا دمای محیط سرد كرد  یا آیا دمای میان جوش باید رعایت شود ؟ جواب دادن به این سؤال در مورد فولادی كه بعد از اتمام جوشكاری باید بلافاصله مورد عملیات حرارتی قرار می گیرد مشكل است . چندی پیش موضوع قطع كردن عملیات جوشكاری و حرارتی در مورد لوله های فولادی كرم مولیبدن توسط كمیته pipingand tubing  انجمن جوشكاران آمریكا ( AWS ) مورد مطالعه قرار گرفت و نتیجه مطالعات و پیشنهادات آنها در گزارش كمیته فوق تحت شماره  AWS – Dio.8  و با عنوان (( جوشكاری لوله های فولادی كرم مولیبدن )) درج گردیده این گزارش عوامل مهمی را كه باید در سیكل حرارتی و موقع ساخت لوله های با آلیاژ مخصوص و فولاد سخت شونده رعایت گردند بررسی كرده و پیشنهادات زیر را ارائه نموده است :
1 –
سیكل حرارتی را برای فولادهای كرم مولیبدن با كرم كمتر از 5/2 % كه با الكترودهای كم هیدروژن جوشكاری و نصب می شوند می توان قطع كرد.  
2 –
سیكل حرارتی را در فولادهای كرم مولیبدن با كرم كمتر و یا بیشتر از 5/2 % و با ضخامت كمتر از یك اینچ می توان قطع نمود بشرط آنكه جوشكاری با الكترودهای كم هیدروژن و روش كنترل شده انجام بگیرد .  
در ضخامت های یك اینچ و بیشتر، پیشنهادی می شود كه جوشكاری و عملیات حرارتی بطور متوالی و بدون فاصله زمانی صورت پذیرد و یا قبل از قطع عملیات، جوش اتصال  مدت كوتاهی در دمای  1200-1300تابانیده شود .  
3 –
برای ضخامت كمتر از یك اینچ در صورتیكه قطع سیكل حرارتی مورد نظر باشد، ضخامت جوش نشانده شده قبل از قطع عملیات نباید از دو لایه یا از یك سوم ضخامت ( هر كدام كه بیشتر باشد ) كمتر باشد . برای لوله های خیلی ضخیم حداقل ضخامت جوش ( قبل از قطع سیكل حرارتی ) ممكن است ¾ اینچ انتخاب شود.  
هنگام برش فولادهای با كربن متوسط گاهی لازم است كه از ایجاد ترك در آن جلوگیری به عمل آید . به جای پیشگرم كردن تمام ورق بهتر است كه پیشاپیش مشعل برش و فقط در امتداد خط برش یك شعله تعبیه شود تا خط برش را تا دمای دلخواه برساند .
اگر پسگرمی مورد نظر باشد یك مشعل چند شاخه پشت مشعل برش تعبیه می گردد . مشعل پسگرمی بر روی سرعت گرم شدن قطعه در مقابل مشعل برش تأثیر نمی گذارد .  مشعل پسگرمی با نگاه داشتن برش در دمای بالا برای مدت معین از سرد شدن سریع قطعه جلوگیری می كند .
 
پسگرمی با افزایش گرمای ورودی برش ، سرعت سرد شدن قطعه را كاهش داده و اگر مقدار آن كافی باشد از ایجاد ناحیه های سخت مارتنزیت جلوگیری می كند .
 
تأثیرات دیگر پسگرمی بی اهمیت است البته فرق عمده ای بین پسگرمی و پیشگرمی وجود ندارد به شرطی كه پسگرمی قبل از سرد شدن قطعه تا دمای محیط انجام گیرد . اگر قطعه سرد شده باشد ممكن است مارتنزیت ایجاد شده و با ترك همراه باشد كه در آنحال پسگرمی نیز بی فایده بوده و عیب را از بین نخواهد برد .