عملیات حرارتی چدنها پس از جوشکاری (PWHT)

 عملیات حرارتی پس از جوشکاری PWHT))

حد تنش های نهایی یک چدن جوش داده شده تحت تاثیر نرخ سرد شدنی است که پس از انجام عملیات جوشکاری بوجود می آید. چدن بایستی به آهستگی سرد شده و این کار بمنظور کاهش تنش های پس ماندی است که به وسیله جوشکاری بوجود می آید. این کاهش سرعت سرد شدن می تواند توسط روش های ذیل بدست آید.

·        پوشاندن و دفن نمودن تمام چدن در زیر ماسه یا (Vermiculite)

·        عملیات حرارتی پس گرمایی بوسیله یک تورچ

·        انتقال چدن به درون کوره

·        پوشش دهی چدن بوسیله پتوی عایق حرارتی

·        عملیات حرارتی پس از جوشکاری ممکن است برای اهداف زیر مد نظر باشد.

·        بهبود قابلیت انعطاف پذیری ناحیه H . A. Z

·        بهبود قابلیت ماشین کاری جوش و ناحیه H . A. Z

·        تبدیل ساختار مارتنزیتی که در هنگام جوشکاری بوجود آمده به یک فاز شکننده ضعیف

·        آزاد نمودن تنش های پس ماند در چدن

 

 نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) به شرایط چدن، اتصال اعوجاج در هنگام ماشین کاری بعدی عملیات تمام کاری که توسط ماشین جهت سطوح بکار می رود و شرایط هر گونه عملیات حرارتی قبلی بستگی خواهد داشت ترک های مربوط به تنش حرارتی که ناشی از تغییرات درجه حرارت در چدن است می تواند بوسیله عملیات حرارتی پس از جوشکاری کنترل شده و نرخ سرد شدن نیز بایستی برای تمام قطعات زیر c/h°55 باشد. نرخ سرد شدن ممکن است در بعضی از شرایط حتی از مقدار فوق نیز کمتر در نظر گرفته شود.

فرآیندهای جوشکاری و مواد مصرفی جوش جوشکاری با گاز (OFW) یکی از فرآیندهای جوشکاری است که در آن از اکسیژن و یک گاز سوختی با یک ارزش حرارتی توسط استفاده می کنند. در این روش با ذوب فلز پایه و فلز پر کننده که توسط یک مشعل انجام می شود جوشکاری انجام می شود. در این فرآیند گاز سوختی و اکسیژن به نسبت مساوی در درون یک محفظه اختلاط مخلوط می شوند. حوض مواد مذاب که شامل سطح ذوب شده شیار و فلز پر کننده است در هم ادغام شده و پس از سرد شدن در اثر حرکت دست در جهت جوشکاری خط جوش به شکل رسوب پیوسته ادامه خواهد یافت.

مزیت بزرگ فرآیند OFW کنترل مقدار نرخ گرمایی ورودی توسط جوشکار است. همچنین جوشکار می تواند درجه حرارت منطقه جوش را کنترل و از اکسید شدن جوش و کاهش پتانسیل شعله که ناشی از مشعل جوش کاری را نیز کنترل نماید.

اندازه محوطه جوش، می تواند در این روش نیز کنترل گردد چونکه فلز پر کننده بصورت جدا از شعله جوش اضافه می شود. فرآیند OFW یک فرآیند جوشکاری ایده آل برای جوشکاری قطعات با ضخامت کم، تیوبها و لوله های با قطر کم است.

استیلن به عنوان یک گاز سوختی نسبت به دیگر گازها در این روش ترجیح داده می شود.

گازهایی مانند متیل استیلن، پروپادین، پروپان، پروپلین، گاز طبیعی و چندین گاز خاص دیگر دارای خاصیت اکسید کنندگی و عدم گسترش حرارت کافی مورد نیاز جهت جوشکاری چدن این فرآیند بطور گسترده بمنظور تعمیر عیوب کوچک در چدن خاکستری کاربرد دارد و کمتر برای چدن نرم یا داکتیل بکار می رود.

نرخ گرمادهی آرام فرآیند OFW باعث ایجاد یک ناحیه HAZ بزرگ می نماید اما این ناحیه بزرگ از تشکیل ساختار مارنیزتی شکننده جلوگیری می نماید.

مواد مصرفی برای جوشکاری با گاز و برای چدن خاکستری معمولا از جنس چدنی است که با یک سطح بالای کربن و سیلیکون نسبت به دیگر چدنها است. این موضوع می تواند جبران کننده نداشتن تجربه برای جوشکاری چدن باشد.

فلز جوش دارای یک ساختار گرافیتی و قابلیت ماشین کاری خوب و همچنین یکرنگ مشابه با فلز پایه است.

RCI سیم جوشی است که برای اتصال چدن خاکستری نوع 35 تا 20 بکار می رود.

RCI- A سیم جوشی است که برای اتصال چدن خاکستری با مقادیر بالای نیکل و مولبیدن و برای نوع 45 تا 35 بکار می رود.

این نوع مواد جوشکاری همراه با بعضی از فلزات پر کننده خاص، برای جوش هایی که نهایتا دارای مقاومت لازم و کافی و همچنین حداقل سطح کاربید آهن باشند در نظر گرفته شده اند.

جهت آلیاژ نمودن از عناصری که بالا برنده مقاومت محلول جامد در ترکیب با یک واسطه گرافیت زا است مانند نیکل، منگنز، مولیبدن و سیلیسیم بیشتر استفاده می شود.

اضافه نمودن فسفر باعث سیلانیت مذاب چدن می گردد. اگر درصد فسفر از یک حد بالا رود می تواند یک فاز شکننده و سفت را تشکیل و آهن به فسفر آهن تبدیل شود.

RCI- B این سیم جوش که در جدول شماره (3) نشان داده شده، همراه با فیلر یا سیم جوش های خاص برای جوشکاری چدن نرم یا داکتیل طراحی شده است.

سیم جوش مخصوص جوشکاری چدن نرم یا داکتیل شامل عناصر تولید کننده گره شامل منیزیم یا سدیم می باشد. این نمونه سیم جوش ها دارای قابلیت ایجاد یک فلز جوشی با ساختار گرافیت کروی هستند مشروط به اینکه مقدار کافی عناصر منیزیم یا سدیم برای جبران کاهش آنها در هنگام جوشکاری باشد.

سیم جوش های شامل سیریم ممکن است به عنوان یک عنصر ایجاد کننده ساختار کروی برای به حداقل رساندن پروسیتی ترجیح داده شوند.

سیم جوش های شامل منیزیم می تواند تفاله جوش را افزایش دهد در صورتیکه فلاکس مورد نیاز به اندازه لازم استفاده شود. تفاله های جوش بسختی جدا شده و می تواند باعث آلودگی و کاهش مقاومت جوش گردد.

سیم جوش هایی که در جدول شماره (3) آورده شده است می تواند برای جوشکاری چدن مالیبل یا چکش خوار بکار رود.

اگر چه فرآیند OFW می تواند باعث تشکیل یک ناحیه H . A. Z گسترده روی چدن سفید گردد، اما با پایین آوردن مقدار نرمی چدن باعث تمایل بیشتر به ترک خواهد شد.

فلاکس ها برای حفاظت از اکسید شده فلز جوشی بکار می روند همچنین به منظور افزایش سیلاتیت اسلاگ های شکل گرفته و در نتیجه کمک به حل اکسیدها و دیگر ناخالص های جوش نیز بکار می روند.

فلاکس های مورد استفاده در فرآیند OFW در صورتیکه از گاز استیل بعنوان گاز قابل سوخت استفاده می شود شامل سدیم بورات یا بوریک اسید و Soda ash (خاکستر کربنات سدیم) و مقداری از پودرهای اکسید فلزی است.

بسیاری از فلاکس هایی که مخصوصا برای چدن داکتیل یا نرم تهیه می شوند باعث پایین آمدن نقطه ذوب چدن می گردند و از طرفی این فلاکس ها را می توان برای هر دوی چدن داکتیل و خاکستری  نیز بکار برد.

آماده سازی قطعات برای فرآیند OFW می بایستی وسیع تر از فرآیندهای جوشکاری با قوسی الکتریکی باشد. زاویه شیار معمولا در این فرآیند°120 تا 90 است.

درجه حرارت پیش گرم C°650- 540 توصیه می شود برای جوشکاری فرآیند OFW بکار رود این درجه حرارت اجازه می دهد که تعمیرات سریعتر انجام شود و سرعت سرد شدن کاهش پیدا کند. در صورت امکان کل قطعه چدنی بایستی پیشگرم شود این عمل به کاهش تنش های ناشی از حرارت موضعی کمک می نماید. چدن خاکستری که مخصوصا * به ترک از طریق تنش های حرارتی است نشان داده که به وسیله پیش گرم کردن موضعی ممکن است دچار این عیب گردد. در صوررتی که عملیات پیش گرم بوسیله یک مشعل و با دقت تمام انجام شود روی قطعات کوچک می تواند موفقیت آمیز باشد.

بعد از انجام عملیات پیشگرم با درجه حرارت مناسب عملیات تعمیر می بایستی فورا و قبل از اینکه فلز پایه اطراف محل جوش باعث سرد شدن آن گردد انجام شود. نبایستی اجازه داد که درجه حرارت آنها زیر C°425- 315 برسد اگر این قطعات درجه حرارت نشان به زیر این مقدار در هنگام جوشکاری برسد و یا اینکه اگر عملیات جوشکاری با فاصله زمانی انجام پذیرد، بایستی قطعات چدن را دوباره پیشگرم نمود و سپس جوشکاری ادامه یابد.

همچنین بایستی از گرم نمودن بیش از حد قطعات چدن جلوگیری نمود تا تنش های حرارتی در آن کاهش یابد.

در هنگام جوشکاری OFW سطحی از قطعه که قرار است تعمیر شود نبایستی در حرارت بیش ازC°675قرار گیرد.

درجه حرارت بیش از حد پیشگرم و زمان زیاد جوشکاری ممکن است باعث ایجاد تنش های اضافی گردیده و باعث پیچیدگی چدن و کاهش مقاومت کششی آن گردد.

درجه حرارت چدن می بایستی در هنگام جوشکاری قابل کنترل باشد. توصیه می گردد که کل قطعه چدنی را درون یک کوره قرار دهید. همچنین برای تأمین درجه حرارت بین پانس هم می توان از کوره استفاده نمود و جهت کنترل سرعت سرد شدن نیز از کوره استفاده می شود. در صورتی که یک کوره دائم در دسترس نباشد از یک کوره در قسمتی که بوسیله ورق های فلزی و آجرهای نسوز روی چندین اجاق گاز سوز بنا می گردد می توان استفاده نمود در هنگام جوشکاری چدن با فرآیند OFW تکنیک های منحصر بفردی وجود دارد.

·        انتخاب اندازه تورچ جوشکاری مانند جوشکاری فولاد نرم است.

·        شعله خنثی یا یک شعله کمی ضعیف تر توصیه می گردد. شعله اکسیدی به هیچ وجه توصیه نمی شود چون می تواند باعث کاهش مقدار عناصر سیلیکون، و تمایل به تشکیل چدن سفید و ایجاد پروسیتی می گردد.

·        بعد از اینکه چدن به درجه حرارت پیشگرم مناسب رسید، پاشیدن فلاکس درون سطح شیار جوش انجام شود.

·        فاصله مخروط شعله را بایستی به اندازه 4/6 تا 2/3 میلیمتر از سطح قطعه نگه داشت ارتباط برخورد مخروط با سطح قطعه نبایستی اتفاق افتد چون باعث اکسید شدن سیلیکون و کربن شده و در نتیجه یک نقطه از فلز دارای سختی می شود.

·        هنگامیکه زیر شیار ذوب شد. شعله و مشعل را به دو طرف شیار حرکت می دهیم تا کل سطح شیار ذوب شود. در این لحظه سیم جوشکاری به آهستگی به شیار و در حوضچه جوش اضافه می گردد. سیم جوش نبایستی به شعله برخورد کند.

·        اضافه نمودن فلاکس در مرحله بعد می بایستی از طریق گرم نمودن نوک سیم جوشی و فرو بردن آن در فلاکس صورت پذیرد. نقاط سفید و حباب های گازی در حوضچه جوش نشانگر این است که ناخالصی وجود داشته و نیاز به اضافه نمودن مقدار فلاکس بیشتر است.

·        کاربرد یک حرکت دورانی بوسیله سیم جوش به اتصال ناخالصی ها به سطح جوش کمک می نماید. و بصورت اسلاگ مشاهده می گردد و همچنین کمک به ایجاد یک مذاب خوب در سطح شیار می نماید. حرکت دورانی و بهم زننده بیش از حد باعث ایجاد اکسید می گردد.

یک توصیه عملی برای رسوب فلز پر کننده روش پله ای (Block Sequence) یا روش جوشکاری ترتیبی قطعه است. 

این دستورالعمل رسوب دهی جوش به مقدار تقریبا 25 میلیمتر طول در مقاطع مختلف اتصال است. بایستی توجه نمود که نفوذ کامل میان هر خط جوشی و هر دوی سطح شیار بخوبی انجام شود. فلز جوشی اضافی که ممکن است از دو طرف هر خط جوشی بیرون زده شود بایستی قبل از انجام جوش بعدی روی آن مجددا ذوب شود.

روش دیگر به روش آبشاری معروف است. رسوب دهی لایه های نازک در لایه های متوالی و پشت سر هم بطوریکه هر لایه بلندتر از لایه های قبلی است .قطعات چدنی تعمیر شده می توانند پس از جوشکاری تحت عملیات حرارتی پس از جوشکاری PWHT قرار گیرند.

قطعات چدنی بزرگ با اشکال ترکیبی یا قطعاتی که نیاز به ماشین کاری بعدی دارند می بایستی بلافاصله تحت علملیات حرارتی پس از جوشکاری قرار گیرند. این قطعات را بایستی برای یک ساعت در درجه حرارت C°650- 540 به ازاء هر اینچ ضخامت نگه داری نمود. و سپس به آهستگی سرد نمود.