کمتر چیزی به‌اندازه تخلخل جوشکاری یک جوشکار را آزار می‌دهد. دلیل نگرانی جوشکارها هنگام بروز تخلخل، آگاهی از تأثیر منفی آن بر استحکام و یکپارچگی کل جوش و نیاز به اقدامات اصلاحی برای رساندن جوش به استانداردهای کدهای بین‌المللی جوشکاری است.
خوشبختانه، تعمیر تخلخل امکان‌پذیر است، اما پیشگیری از آن در وهله اول اولویت دارد. بیایید به ویژگی‌های تخلخل، علل ایجاد و راه‌های جلوگیری یا به‌حداقل‌رساندن آن در طول ساخت‌وساز نگاه کنیم.
تخلخل در جوشکاری چیست؟
تخلخل یک عیب جوش است که به گازهای به‌دام‌افتاده ناخواسته (اغلب اکسیژن) در یک اتصال جوش داده شده اشاره دارد. این نقص معمولاً با سردشدن و جامد شدن جوش اتفاق می‌افتد. به‌گونه‌ای که گاز یا وارد جوش می‌شود و در داخل آن به دام می‌افتد و حفره‌هایی را تشکیل می‌دهد، یا از جوش خارج می‌شود و به‌صورت سوراخ‌ها و حفره‌های قابل‌مشاهده روی سطح جوش ظاهر می‌گردد.
فرایند تخلخل در جوشکاری
تخلخل در جوشکاری به وجود حفره یا سوراخ‌های کوچک در محل جوش یا ناحیه اطراف آن گفته می‌شود. این حفره‌ها می‌توانند استحکام جوش را ضعیف کرده و در کل، یکپارچگی آن را کاهش دهند که در نهایت می‌تواند بر استحکام کل قطعه جوشکاری شده تأثیر بگذارد.
تخلخل می‌تواند در انواع جوشکاری از جمله جوشکاری MIG، TIG و قوس الکتریکی رخ دهد و دلایل مختلفی برای ایجاد آن وجود دارد. یکی از شایع‌ترین دلایل تخلخل، پوشش نامناسب گاز محافظ است که می‌تواند منجر به اکسیدشدن فلزمذاب و تشکیل حباب‌های گاز در داخل جوش شود.
عامل رایج دیگر تخلخل، آلودگی با رطوبت در سیم جوش یا فلز پایه است. رطوبت می‌تواند در حین جوشکاری بخار شود و حفره‌های گازی ایجاد کند که در داخل جوش گیر بیفتند.
تخلخل همچنین می‌تواند به دلیل استفاده نادرست از تکنیک‌های جوشکاری مانند سرعت حرکت نامناسب، ورودی گرمای نامناسب یا دست‌کاری نادرست الکترود ایجاد شود. در برخی موارد، ترکیبی از این عوامل می‌توانند باعث ایجاد تخلخل شوند.
برای جلوگیری از تخلخل، استفاده از تکنیک‌های صحیح جوشکاری و اطمینان از وضعیت مناسب تجهیزات و مواد جوشکاری بسیار مهم است. این شامل تمیزکردن و آماده‌سازی صحیح فلز پایه، استفاده از سیم جوش مناسب و اطمینان از کافی بودن پوشش گاز محافظ می‌شود.
علت بروز تخلخل در جوشکاری
تخلخل یکی از عیوب جوشکاری محسوب می‌شود که به وجود حفره‌ها یا منافذ ریز در جوش اشاره می‌کند. این عیب می‌تواند به دلایل مختلفی رخ دهد که برخی از رایج‌ترین آنها عبارت‌اند از:
1. آلودگی
آلاینده‌هایی مانند رطوبت، روغن، رنگ و پوسته اکسیدی هنگام جوشکاری به گاز تبدیل شده و در حوضچه جوش در حال انجماد به دام می‌افتند.
2. مشکلات ناشی از گاز محافظ در جوشکاری
گاز محافظ یا فلاکس از حوضچه مذاب (Molten Weld Pool) در برابر واکنش با هوا محافظت می‌کند. بااین‌حال، استفاده نادرست از گاز محافظ یا آلودگی فلاکس با رطوبت، می‌تواند باعث ایجاد حفره (Porosity) در جوش شود.
کمبود گاز محافظ: هنگامی که از گاز محافظ کافی استفاده نشود، فلز مایع با هوا واکنش نشان داده و گازهایی مانند اکسیژن و نیتروژن را در حوضچه مذاب به دام می‌اندازد و باعث ایجاد حفره می‌شود.
جریان بیش از حد گاز محافظ: برعکس، فشار جریان گاز محافظ بیش از حد نیز می‌تواند مشکل‌ساز شود. هنگامی که سرعت جریان گاز بیش از حد زیاد باشد، باعث ایجاد آشفتگی در ناحیه محافظ شده (Shielding Area) می‌شود و هوا را به داخل آن کشیده و منجر به ایجاد حفره می‌گردد.
3. مشکلات مکانیکی
مشکلات مربوط به تجهیزات جوشکاری می‌تواند بر کیفیت جوشکاری و ظاهر جوش تأثیر بگذارد. رایج‌ترین مشکلاتی که در این زمینه وجود دارد عبارت‌اند از:
- پاشش فلز در داخل لوله‌های MIG : این پاشش‌ها می‌توانند با گاز محافظ تداخل ایجاد کنند و کیفیت جوش را تحت‌تأثیر قرار دهند.
- آلودگی گاز محافظ: اگر گاز محافظ توسط جوشکار آلوده شده باشد، می‌تواند باعث ایجاد نقص در جوش مانند تخلخل و ترک شود.
- ترک‌خوردگی لوله‌های MIG، فرسودگی واشرهای O-ring یا اتصالات شل: این مشکلات می‌توانند باعث ورود هوای خارجی به سیستم انتقال گاز محافظ شود و کیفیت جوش را به‌شدت کاهش دهد.
4. تکنیک‌های نادرست جوشکاری
روش‌های نادرست جوشکاری می‌توانند باعث ایجاد حفره در مسیر جوش شوند. برخی از این روش‌های نادرست عبارت‌اند از:
- متوقف کردن ناگهانی فیلر جوشکاری TIG : قطع‌کردن ناگهانی فیلر در جوشکاری TIG و خارج‌کردن سریع گاز محافظ می‌تواند باعث ایجاد حفره‌ای در انتهای مسیر جوش شود.
- زاویه نامناسب تورچ TIG یا سیم‌لوله MIG : زاویه بیش از حدِ تورچ TIG یا سیم‌لوله MIG می‌تواند مانع از محافظت کامل گاز از حوضچه مذاب شود.
- سرعت بالای حرکت جوشکار: حرکت سریع‌تر از توانایی پوشش‌دهیِ گاز محافظ نیز می‌تواند حوضچه مذاب را در معرض هوا قرار دهد و منجر به تخلخل شود.
جوشکاری MIG یکی از روش‌های محبوب جوشکاری است که از سیم به‌عنوان الکترود و از گاز خنثی به‌عنوان گاز محافظ استفاده می‌کند. هنگام استفاده از جوشکاری MIG، انتخاب سیم جوشکاری مناسب بر اساس نوع ماده‌ای که جوش داده می‌شود، بسیار مهم است.
یکی از اشتباهات رایج در جوشکاری MIG، استفاده از نوع اشتباه سیم جوشکاری است. استفاده از سیمی که برای ماده در حال جوشکاری مناسب نباشد، می‌تواند منجر به کیفیت پایین جوش و ایجاد حفره‌هایی در آن شود.
برای جلوگیری از ایجاد حفره در جوشکاری MIG، اطمینان حاصل کنید که سیم جوشکاری تمیز و عاری از زنگ‌زدگی یا سایر آلودگی‌ها باشد. سیم جوشکاری آلوده می‌تواند منجر به جوش‌های نامنظم و کاهش استحکام شود.
به‌طورکلی، جوشکاری MIG در صورت انجام صحیح، با انتخاب مناسب سیم جوشکاری و توجه دقیق به گاز محافظ و پارامترهای جوشکاری، می‌تواند تکنیکی بسیار مؤثر باشد.
انواع مختلف تخلخل در جوشکاری
اگرچه تخلخل جوش به‌طورکلی به‌عنوان یک عیب جوشکاری ناشی از گازهای به‌دام‌افتاده در حوضچه جوش در طول انجماد و ایجاد منافذ و حفره‌ها در سطح و داخل جوش تعریف می‌شود، اما این عیب می‌تواند به چهار شکل رایج بروز کند:
تخلخل کرم‌چاله
کرم‌چاله یکی از انواع تخلخل در جوشکاری است که به حفره‌های کشیده و دراز در جوش اشاره می‌کند. این عیب زمانی به وجود می‌آید که مقدار زیادی گاز در حوضچه مذاب جوش تشکیل شده و در حین انجماد، درون آن محبوس شود. برای جلوگیری از ایجاد این عیب، پاک‌سازی کامل سطح و پوشش‌های اطراف محل اتصال، به حذف گاز و جلوگیری از تشکیل کرم‌چاله کمک می‌کند.
تخلخل پراکنده و سطحی
این اشکال تخلخل مشابه هم هستند؛ اما از نظر شدت متمایز می‌شوند.
شناسایی تخلخل پراکنده دشوارتر و سخت‌تر است. این نوع تخلخل متشکل از منافذ کوچکی است که در داخل مهره جوش به‌دام‌افتاده‌اند و گاهی اوقات تنها راه‌یافتن آن پرتو ایکس است. معمولاً تخلخل پراکنده به‌صورت عیب جدی در نظر گرفته نمی‌شود.
از سوی دیگر، تخلخل یا منافذ سطحی با چشم غیرمسلح نیز قابل‌مشاهده هستند و با سوراخ‌های قابل‌توجهی که ایجاد می‌کنند شناسایی می‌شوند. این نوع تخلخل به‌عنوان نقص شدید در نظر گرفته شده و اغلب با تخلخل توزیع شده داخلی همراه است.
تخلخل حفره‌های انتهایی
حفره‌های انتهایی شکل خفیفی از تخلخل هستند که به‌راحتی قابل‌تشخیص و ترمیم می‌باشند. این حفره‌ها در هنگام روند نهایی انجماد جوش ظاهر می‌شوند و به شکل سوراخ‌های سوزنی بوده و تأثیر کمی بر استحکام ساختاری جوش دارند. با استفاده از تنظیم صحیح شیب نزولی (downslope) دستگاه جوشکاری یا با اجازه‌دادن به جریان گاز محافظ برای چند ثانیه بیشتر روی جوش سرد در حال بسته‌شدن کامل، به‌راحتی می‌توان از ایجاد آنها جلوگیری نمود.
روش‌های پیشگیری از بروز تخلخل در جوشکاری
حتی با انجام صحیح تمام اصول و دستورالعمل‌ها، همچنان ممکن است گاهی اوقات با عیوب جوشکاری مواجه شوید. اما در اینجا چند مرحله وجود دارد که می‌توانید برای به‌حداقل‌رساندن احتمال تخلخل انجام دهید:
آماده‌سازی مواد
در فرایند جوشکاری، حتی اگر برخی روش‌ها امکان جوشکاری روی رنگ، آستر و سایر پوشش‌ها را فراهم کنند، اما به‌طورکلی به‌خصوص در جوشکاری تیگ (TIG) ترجیح داده می‌شود که روی فلز تمیز جوشکاری انجام شود. در اینجا چند دستورالعمل خاص آورده شده است:
- برای نمایان‌شدن فلز پایه، رنگ، آستر و سایر پوشش‌ها را با سنگ‌زنی، سمباده زدن یا سندبلاست پاک کنید.
- پوسته اکسیدی (mill scale) را از فولاد نورد گرم پاک کنید.
- برای برداشتن لایه اکسیدی، آلومینیوم را با برس سیمی تمیز کنید.
پاک‌سازی فلز
پس از برداشتن پوشش، فلز را با محلولی مانند استون، ایزوپروپیل الکل یا تینر لاک تمیز کنید. از یک پارچه بدون پرز برای استفاده از محلول تمیزکننده استفاده نموده و فرایند پاک‌سازی را در یک‌جهت انجام دهید تا از پخش‌شدن آلودگی‌ها در اطراف محل اتصال جلوگیری شود.
تعمیر و نگهداری منظم دستگاه‌ها
تعمیر و نگهداری دستگاه‌های جوشکاری به جلوگیری از تخلخل و به کیفیت کلی مهره جوش کمک می‌کند. در اینجا به معرفی چند مورد جهت نگهداری این دستگاه‌ها خواهیم پرداخت:
- پاک‌کردن پاششِ اضافی از نوک‌های تماس و نازل‌ها
- اطمینان از عاری بودنِ لنزهای گاز، توزیع‌کننده‌ها، بدنه‌های گیره و حلقه‌های لاستیکیِ تنگ (اورینگ) دستگاهِ جوشکاریِ تنگستن و گاز بی‌اثر (TIG) از هرگونه آلودگی
- تمیزکردن و تعویضِ مکررِ روکش‌های (لاینرهای) دستگاهِ جوشکاریِ با گاز محافظ (MIG)
- بازرسی اتصالاتِ دستگاه جوشکاری و تنظیم‌کننده‌ها برای اطمینان از سفت و تمیز بودن آنها
- تمیزکردن میله‌ها و سیم‌های جوشکاری قبل از استفاده
نگهداری صحیح الکترودها
برای اینکه الکترودها آلوده نشوند، آنها را در محفظه‌های دربسته و خشک نگهداری کنید. اما اگر الکترودها از هوا رطوبت جذب کردند، در خشک‌کن‌های مخصوص الکترود آنها را خشک کنید.
عوامل محیطی
باز بودن درب‌ها، پنکه‌ها و حتی فن‌های خنک‌کننده جوشکار، اغلب باعث ایجاد اختلال کافی برای ایجاد حفره در جوش می‌شوند. سعی کنید هرگونه جریان هوایی که ممکن است گاز محافظ را به هم بریزد به حداقل برسانید.
آیا جوشکاری با وجود تخلخل صحیح است؟
معمولاً خیر. بااین‌حال، گاهی اوقات می‌توان روی سوراخ‌های ریز (چاله‌های دهانه) جوشکاری کرد، زیرا این عیب یک مشکل در روش جوشکاری است و آلودگی محسوب نمی‌شود. این امر به‌ویژه در جوشکاری TIG توصیه می‌شود.
اما با سایر اشکال تخلخل، جوشکاری روی عیب به‌احتمال زیاد آلودگی را در سراسر مهره جوش ادامه می‌دهد. نکته منفی دیگری که باید در نظر بگیرید این است که جوشکاری روی تخلخل به‌سرعت قابل‌تشخیص است؛ زیرا ظاهری زشت ایجاد می‌کند.
چگونه باید تخلخل را در جوش تعمیر کرد؟
عیب تخلخل در جوش (Porosity) می‌تواند باعث آزار و اذیت جوشکاران مبتدی و حرفه‌ای شود و هیچ‌کس از آن در امان نیست. خوشبختانه، این مشکل قابل‌تعمیر است و در اکثر موارد، با آماده‌سازی مناسب و نگهداری منظم تجهیزات، کاملاً قابل‌اجتناب است.
برای جوشکاری مجدد فلز، ابتدا با استفاده از فرز گوشه‌ای، به‌دقت تخلخل را پاک کنید. بیرون آوردن تمام تخلخل‌ها بسیار مهم است، زیرا حتی اگر یک حفره کوچک باقی بماند، ممکن است در ایکس – ری قابل‌مشاهده باشد. در حین تراشیدن جوش، سعی کنید یک شیار منحنی و مرتب ایجاد کنید تا هنگام جوشکاری مجدد اتصال، کنترل بیشتری بر محل قرارگیری سیم پرکننده داشته باشید.
