مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
جوشکاری یکی از فرآیندهای مهم در ساخت و تعمیر قطعات صنعتی است. اما وقتی صحبت از فولاد گرمکار (Hot Work Steel) به میان می‌آید، شرایط متفاوت‌تر می‌شود.
ترکیب شیمیایی خاص فولادهای گرمکار که شامل عناصری مانند کروم، مولیبدن و وانادیم است، باعث می‌شود این فولادها مقاومت بالایی در برابر حرارت و شوک حرارتی داشته باشند. اما همین ویژگی‌ها باعث می‌شود جوشکاری آن‌ها با چالش‌های زیادی همراه باشد. در صورت رعایت نکردن اصول درست، احتمال بروز ترک، تردی حرارتی و کاهش استحکام وجود دارد.
در این تحقیق، به بررسی مهم‌ترین چالش‌های جوشکاری فولاد گرمکار و معرفی راهکارهای عملی و صنعتی برای رفع آن‌ها می‌پردازیم.
آشنایی با فولاد گرمکار
فولاد گرمکار نوعی فولاد ابزار است که برای کار در دمای بالا و شرایط سخت حرارتی طراحی شده است. این فولادها معمولاً در قالب‌های تزریق فلز، قالب‌های پرس گرم و ابزارهای صنعتی که در معرض حرارت مستقیم هستند استفاده می‌شوند.
از معروف‌ترین گریدهای فولاد گرمکار می‌توان به H11، H12، H13، H21 و H23 اشاره کرد. فولاد H13 از همه متداول‌تر است و در قالب‌سازی دایکست آلومینیوم کاربرد زیادی دارد. با این حال، جوشکاری این فولاد به دلیل ساختار خاص و حساسیت به حرارت، نیازمند دقت بالایی است.
چالش‌های جوشکاری فولاد گرمکار
در ادامه با چالش‌های جوشکاری فولاد گرمکار آشنا می‌شویم:
۱. ترک‌خوردگی حرارتی
یکی از رایج‌ترین مشکلات در جوشکاری فولاد گرمکار، ترک‌خوردگی در حین یا پس از جوشکاری است. دلیل این اتفاق، انقباض سریع، اختلاف دمای زیاد و تنش‌های داخلی است. فولادهای گرمکار به دلیل آلیاژی بودن، مستعد تشکیل ساختارهای سخت و شکننده هستند.
راهکار:
- انجام پیش‌گرمایش بین 400 تا 550 درجه سانتی‌گراد پیش از شروع جوشکاری.
- سرد کردن تدریجی پس از پایان کار.
- انجام بازپخت (Tempering) برای کاهش تنش‌ها و جلوگیری از ترک.
- پیش‌گرمایش یکنواخت در کل قطعه، کلید اصلی جلوگیری از ترک است.
۲. تردی حرارتی و ساختار مارتنزیتی
اگر سرعت سرد شدن بعد از جوش زیاد باشد، فولاد گرمکار ساختار مارتنزیتی پیدا می‌کند که سخت ولی شکننده است. این پدیده مقاومت قطعه را در برابر ضربه کاهش می‌دهد.
راهکار:
- کنترل دمای بین‌پاس (Interpass Temperature) میان 350 تا 450 درجه سانتی‌گراد.
- بازپخت بلافاصله پس از جوشکاری در دمای حدود 600 درجه برای از بین بردن تردی.
- جلوگیری از قرار گرفتن قطعه در معرض باد یا سرمای ناگهانی.
۳. انتخاب اشتباه الکترود یا سیم جوش
یکی دیگر از چالش‌ها، انتخاب نادرست الکترود یا سیم جوش است. در صورت استفاده از مواد جوش غیرهم‌جنس، اختلاف ترکیب شیمیایی باعث ایجاد ترک و کاهش چسبندگی می‌شود.
راهکار:
- برای فولادهای H11 و H13 از الکترودهای E312 یا E410NiMo استفاده شود.
- در روش‌های TIG و MIG، از سیم جوش مخصوص فولاد ابزار گرمکار استفاده کنید.
- همیشه از الکترودهای خشک و تمیز استفاده شود تا از ورود رطوبت جلوگیری گردد.
۴. تخلخل و آلودگی در جوش
آلودگی سطحی مانند چربی، زنگ‌زدگی یا رطوبت، می‌تواند باعث ایجاد تخلخل (Porosity) در جوش شود. این حفره‌ها استحکام و ظاهر جوش را کاهش می‌دهند.
راهکار:
- سطح قطعه را قبل از جوشکاری کاملاً تمیز و خشک کنید.
- در صورت استفاده از گاز محافظ، از آرگون یا مخلوط آرگون-هلیوم بهره ببرید.
- روش TIG برای کنترل دقیق‌تر کیفیت و ظاهر جوش بسیار مناسب است.
۵. کنترل نامناسب حرارت و سرعت خنک شدن
افزایش بیش از حد حرارت یا خنک شدن سریع می‌تواند خواص مکانیکی فولاد را تغییر دهد و منجر به سختی یا تردی بیش از حد شود.
راهکار:
- استفاده از کوره‌های گرم‌کن یا مشعل‌های کنترل‌شده برای پیش‌گرمایش یکنواخت.
- حفظ دمای ثابت در طول جوشکاری.
- سرد کردن تدریجی در محیط عایق مانند ماسه خشک یا پتوهای نسوز.
بیشتر بخوانید: جوشکاری CO2 چیست و عوارض آن
عملیات حرارتی پس از جوشکاری
بعد از اتمام جوشکاری، انجام عملیات حرارتی (Post Weld Heat Treatment) ضروری است. این کار تنش‌های پسماند را از بین می‌برد و خواص مکانیکی فولاد را بازمی‌گرداند.
دمای بازپخت معمولاً بین 550 تا 650 درجه سانتی‌گراد است و خنک شدن باید به آرامی انجام شود. اگر این مرحله حذف گردد، خطر ترک‌خوردگی در حین استفاده بالا می‌رود.
نکات طلایی در جوشکاری فولاد گرمکار
- همیشه پیش‌گرمایش کافی انجام دهید.
- از الکترود یا سیم جوش هم‌جنس با فولاد پایه استفاده کنید.
- دمای بین‌پاس را کنترل کنید.
- سطح قطعه را تمیز نگه دارید.
- پس از جوش، بازپخت را فراموش نکنید.
رعایت این موارد باعث افزایش عمر قطعه، جلوگیری از شکست‌های زودرس و بهبود کیفیت نهایی جوش می‌شود.
جمع‌بندی
در مجموع، جوشکاری فولاد گرمکار کاری دقیق و حساس است که نیاز به کنترل کامل حرارت و انتخاب مواد مناسب دارد. کوچک‌ترین بی‌دقتی می‌تواند منجر به ترک، تخلخل یا تغییر خواص مکانیکی شود. اما با رعایت اصولی مانند پیش‌گرمایش، انتخاب صحیح الکترود، کنترل حرارتی و عملیات بازپخت پس از جوشکاری می‌توان کیفیت جوش را به‌طور چشمگیری بهبود داد.
شناخت این چالش‌ها و راهکارهای عملی، به مهندسان و تکنسین‌ها کمک می‌کند تا جوش‌هایی با دوام، مقاوم و ایمن در محیط‌های حرارتی بالا ایجاد کنند.
