جوشکاری چدن به دلیل ترکیبات خاص، برای برخی از افراد دشوار است. اما اگر از روش مناسبی برای انجام آن استفاده شود، کار با آن بسیار راحت خواهد بود. روش صحیح جوشکاری چدن را شامل گرمایش و سرمایش دقیق و انتخاب صحیح الکترود جوشکاری می‌دانند. در واقع الکترود جوشکاری چدن نقش مهمی در این فرآیند دارد و باید به درستی انتخاب شود. در ادامه مطلب با جوشکاری چدن، دستگاه جوش چدن و الکترود مناسب آن آشنا می‌شویم.
آلیاژ چدن و جوشکاری آن
چدن‌ها همچون فولاد، آلیاژی از آهن و کربن هستند و تفاوتشان به درصد کربن موجود مربوط است. در واقع درصد بالای کربن در چدن، باعث ترکیبات خاص در آن و همچنین جوشکاری با دشواری بیشتر شده است. برای همین است که جوشکاری چدن به جهت اتصال، به ندرت اتفاق می‌افتد و بیشتر برای تعمیر و بازسازی عیوبی مانند ترک جوش به انجام آن می‌پردازند. یکی از مشکلاتی که در جوشکاری چدن وجود دارد، عدم خاصیت انعطاف پذیری در آنها است. چدن‌ها در اثر اعمال گرما و یا فشار، دچار کشیدگی و تغییر شکل نمی‌شوند. تنها ممکن است ترک بخورند و همین نتیجه جوشکاری را بسیار سخت و دشوار می‌کند. با این حال با افزودن آلیاژهای مختلف میتوان این خصوصیت چدن را بهبود بخشید. از دلایل جوشکاری چدن، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تعمیر عیوب ناشی از ریخته گری
- تعمیر عیوب جهت بهبود خواص و یا بازیابی قطعات ریخته گری قبل از سرویس دهی
انواع روش‌های جوشکاری چدن
همانطور که در ابتدای متن اشاره کردیم، اگر از روش صحیحی برای جوشکاری چدن استفاده شود، کار با راحتی بیشتری انجام می‌شود. در واقع هر تکنیک و روش جوشکاری باید بر اساس تناسب با نوع آلیاژ انتخاب شود. در رابطه با چدن نیز به همین شکل است و از رایجترین فرآیندهای جوشکاری برای چدن میتوان به جوشکاری استیک، اکسی استیلن و جوش برنج اشاره کرد.
جوشکاری استیک
جوشکاری استیک همان جوشکاری قوس فلزی محافظ یا جوشکاری MMA است که در آن از یک الکترود مصرفی پوشیده از شار استفاده می‌کنند. در این روش باید بر اساس مواردی چون کاربرد، رنگ مورد نظر و همچنین میزان استفاده از دستگاه، از الکترود جوشکاری مناسبی استفاده شود. در اینجا میتوان به سه نوع الکترود که به خوبی عمل می‌کنند، اشاره کرد: الکترودهای پوشیده از چدن، الکترودهای آلیاژ نیکل و الکترودهای آلیاژ مس. از میان این موارد نیز، الکترود آلیاژ نیکل مناسبترین الکترود جوشکاری چدن هستند.
جوشکاری اکسی استیلن
روش دیگر برای جوشکاری چدن، اکسی استیلن نام دارد که در آن نیز از الکترود استفاده می‌شود. در واقع اکسی استیلن نیز یک روش جوشکاری چدن با الکترود می‌باشد. حال در این روش به جای قوس تولید شده توسط جریان، از مشعل اکسی استیلن برای ایجاد انرژی لازم استفاده می‌شود. در رابطه با الکترودهای مناسب این روش هم باید به الکترودهای چدن و الکترودهای مس اشاره کرد.
جوشکاری برنج
سومین روش رایج و مناسب برای جوشکاری چدن، جوش برنج است. این روش به دلیل تاثیر حداقلی روی فلز پایه، یکی از متداولترین روش‌ها شناخته شده است. در جوش برنج به دلیل پایین بودن سطح ذوب پر کننده نسبت به چدن، پر کننده با چدن رقیق نمی‌شود. بلکه به سطح می‌چسبد. نکته‌ای که باید در هنگام جوشکاری چدن با جوش برنج توجه داشته باشید، تمیز بودن سطح است. اهمیت آن هم به این خاطر است که پیوستگی به کیفیت پر کننده سطح فلز پایه بستگی دارد.
علاوه بر سه روش اشاره شده، روش‌های دیگری هم وجود دارد که میتوان برای جوشکاری چدن از آنها استفاده کرد. از دیگر روش‌های کاربردی برای جوشکاری چدن، میتوان به جوشکاری چدن با CO2 و جوشکاری چدن با آرگون یا تیگ اشاره کرد.
مراحل انجام جوشکاری چدن
پیش از اینکه به مراحل انجام جوشکاری چدن اشاره کنیم، بهتر است به 4 نکته مهم قبل از انجام این روش جوشکاری اشاره کرد. توجه به این موارد باعث می‌شود تا از ایجاد عیوبی چون ترک یا خوردگی در سطح جوش جلوگیری شود. این موارد عبارت از پیشگرم شدن، استفاده از پخ مناسب، استفاده از شدت جریان پایین و انرژی جوش کم و همچنین الکترود با ضخامت کم می‌باشند. حال در ادامه به بررسی مراحل انجام جوشکاری چدن می‌پردازیم:
- مهیا کردن فلز پایه
- پیش گرم کردن قطعات چدنی
- آماده کردن محیط و محل جوشکاری
- گل میخی و ماهیچه گذاری
- چکش کاری
- انجام توالی پالس‌های جوشکاری
- وصله زنی
- گرم کردن قطعات چدنی در پایان جوشکاری
- گرم کردن قطعات جهت کاهش عناصر مضر
برخی مراحل اساسی جوشکاری چدن را شامل 4 مرحله می‌دانند: شناسایی آلیاژ، تمیز کردن ریخته گری، انتخاب صحیح دمای قبل از گرما و انتخاب روش جوشکاری صحیح.
چند نکته مهم پس از پایان جوشکاری چدن
با سرد شدن جوش و ایجاد تنش کششی، ترک خوردگی‌هایی در محل انقباض حرارتی به وجود می‌آید. برای همین جوش دادن چدن باید با توجه به نکاتی صورت گیرد تا ایجاد تنش و ترک خوردگی در آن به حداقل برسد. معمولا جوشکاران برای کاهش احتمال ترک خوردگی چدن از روش‌های زیر استفاده می‌کنند:
- لایه برداری
- پیش گرم شدن
- کاهش آمپر جوش چدن
- ایجاد فشار برای جلوگیری از تنش کششی
- استفاده از تکنیک ضربات چکشی
- کنترل خنک کننده از طریق استفاده از مواد عایق بندی
علت ترک خوردن جوش چدن چیست؟
یکی از مشکلاتی که بسیاری از جوشکاران هنگام جوشکاری چدن با آن مواجه می‌شوند، ترک خوردگی است. اما چه دلیلی باعث ترک خوردن جوش چدن می‌شود؟ به طور کلی دلیل ترک خوردن جوش چدن را انعطاف پذیری بسیار پایین آن می‌دانند. همانطور که گفتیم چدن آلیاژی است که از میزان کربن زیادی برخوردار است. همین ویژگی باعث شده تا انعطاف پذیری آن کم باشد و احتمال ترک خوردگی جوش در آن زیاد شود.
مشکلات رایج در جوشکاری چدن
در این بخش به بررسی چند مشکل رایج در جوشکاری چدن اشاره می‌کنیم.
عیوب ناشی از ریخته گری
چدن‌ها اغلب شامل عیوبی چون ناخالصی‌های ماسه‌ای و حفره‌های انقباضی می‌باشند. این امر نیز سبب عدم ذوب شدن کامل مذاب و همچنین ترشوندگی سطح پایین فلز جوش بر سطح فلز پایه می‌شود.
آلودگی سطحی
بیشتر قطعات چدنی پس از سرویس دهی، از سطح آلوده به روغن برخوردار هستند که این امر منجر به عیوبی چون ایجاد حفره‌های گازی پس از جوشکاری می‌شود. پس آلودگی سطحی نیز یکی دیگر از مشکلات جوشکاری چدن می‌باشد.
مقدار بالای عناصر مضر
در چدن درصد بالایی از فسفر و اکسیژن وجود دارد که منجر به ایجاد ترکیبات فلزی سخت با عناصر آهن و کربن به نام کاربید آهن می‌شوند. این عناصر سبب افزایش احتمال ترک خوردگی پس از جوشکاری می‌شوند. در واقع حل شدن عناصری چون گوگرد، فسفر و اکسیژن در ایجاد ترک خوردگی نقش مهمی دارند.
تنش‌های ناشی از حرارت جوشکاری
در جوشکاری چدن با اینورتر، گرم و سرد شدن منطقه ذوب سبب ایجاد تنش‌های حرارتی می‌شود. این تنش به خاطر انبساط ناشی از حرارت و انقباض ناشی از سرد شدن است. در این شرایط لازم است که فلز پایه توانایی تغییر فرم در برابر تنش‌ها را داشته باشد.
ایجاد ساختارهای ترد در مناطق مجاور جوش
از آنجایی که چدن تحت سرمایش و گرمایش زیادی قرار داد و منجر به ایجاد رسوب کاربید آهن در منطقه خط ذوب می‌شود، این منطقه ساختاری شبیه به چدن سفید پیدا می‌کند. همچنین در منطقه تحت حرارت شاهد ایجاد فاز مارتنزیت هم هستیم.
الکترود جوش چدن خاکستری چیست؟
یکی از انواع پر کاربرد چدن، چدن خاکستری است که به دلیل ساختار گرافیت بالا به این اسم معروف است. این ساختار باعث شده تا به دلیل ورود مقدار زیادی گرافیت به حوضچه مذاب، ساختار تردی در فلز جوش به وجود آید. برای همین روشی با کمترین میزان ترکیب گرافیت در آن به کار برده می‌شود. بهترین روش جوشکاری چدن خاکستری، استفاده از سیم جوش و الکترودهایی با استحکام پایین‌تر است. همچنین استفاده از الکترودهایی با روکش نیکل برای این روش مناسب می‌باشد.
الکترودهای مورد نیاز برای جوشکاری چدن
انتخاب الکترود برای جوشکاری چدن بسیار مهم است. با این که اکثر افراد توصیه می‌کنند از الکترودهای نیکل برای جوش چدن استفاده شود، با این حال ما در اینجا به مهمترین الکترودهای جوشکاری چدن اشاره می‌کنیم.
- الکترود نیکل 99%: این الکترودها از بهترین نتیجه در جوش چدن برخوردارند و کمی گرانتر از سایر الکترودها هستند. جوش‌های حاصل با این الکترودها، میتوانند ماشینکاری شوند و در ریخته گری با محتوای فسفر کم یا متوسط بهتر کار کنند.
- الکترود نیکل 55%: قیمت این الکترودها نسبت به الکترود 99% نیکل کمتر است. این الکترودها به خوبی قابل پردازش هستند و بیشتر برای تعمیرات ضخیم استفاده می‌شوند.
- الکترودهای فولادی: الکترودهای استیل یا فولادی ارزانترین گزینه هستند و برای تعمیرات جزئی و پر کردن، الکترود خوبی می‌باشند.
جمع بندی
در این مطلب با جوشکاری چدن و الکترودهای مناسب آن آشنا شدیم. با اینکه این جوش از سختی زیادی همراه است، اما اگر از بهترین روش و الکترود مناسب برای آن استفاده شود، میزان سختی و عیوب به حداقل می‌رسد. از رایجترین روش‌های جوشکاری چدن میتوان به جوشکاری استیک، جوشکاری اکسی استیلن، جوشکاری برنج و جوشکاری با CO2 اشاره کرد. همچنین از بهترین الکترودهای جوش چدن میتوان الکترودهای نیکل، الکترودهای آلیاژ مس و الکترودهای فولادی را نام برد.
