نکات مهم در جوشکاری چدن

جوشکاری شاخه‌های مختلفی دارد که یکی از آنها جوشکاری چدن می‌باشد. افرادی که در صنعت جوشکاری مشغول به فعالیت هستند، باید با نحوه انجام جوشکاری چدن آشنایی داشته باشند و با توجه به نکات و تکنیک‌های آن، بهترین جوشکاری را انجام دهند. در این مطلب قرار است پیرامون نکات مهم در جوشکاری چدن صحبت کنیم و با تکنیک‌های انجام آن بیشتر آشنا شویم.

آشنایی بیشتر با آلیاژ چدن

چدن یک آلیاژ از خانواده آلیاژهای آهنی محسوب می‌شود و از ترکیبات آهن، کربن و سیلیسیم ساخته می‌شود. به این آلیاژها در زبان انگلیسی Cast Irons گفته می‌شود. چدن‌ها انواع مختلفی در صنعت دارند و هر کدام دارای خصوصیات خاص خود می‌باشند. مهمترین چدن‌ها عبارتند از: چدن داکتیل، چدن خاکستری، چدن سفید، چدن مالیبل و غیره. از میان چدن‌های اشاره شده همگی به جز چدن داکتیل، ترد هستند و ضربه‌پذیری کمی دارند. خصوصیتی که این آلیاژها دارند این است ک جذب ضربه خوبی دارند و مقاومت به خوردگی بالایی دارند. همین ویژگی‌ و خصوصیات سبب شده تا از چدن در صنعت استفاده زیادی شود. رایج‌ترین نوع چدنی که در صنعت استفاده زیادی می‌شود، چدن خاکستری است. چدن خاکستری حاوی گرافیت است و در زمان شکست سطح مقطع خاکستری دارد. برای همین است که به این نام معروف شده است. خوب است بدانید تفاوت میان چدن‌ها و فولادها در درصد کربن به کار رفته در آنها است. فولادها حاوی حداکثر 2 درصد کربن و چدن‌ها حاول حداکثیر 6.67 درصد کربن می‌باشند.

جوشکاری چدن چیست؟

جوشکاری چدن یکی از انواع جوشکاری‌های پرکاربرد در صنعت است که نیاز به گرمای زیاد و تجهیزات خاص دارد. برای انجام جوشکاری چدن نیاز به الکترود چدن است تا با استفاده از آن بتوان قطعات مورد نظر را به یکدیگر جوش داده و متصل کرد. بسیاری از افراد جوشکار معتقدند که جوشکاری چدن جزو جوشکاری‌های دشوار است و در انجام آن باید به نکات و تکنیک‌های زیادی توجه کرد. دشواری جوشکاری چدن، به دلیل ترکیبات خاصی است که در چدن وجود دارد. یک جوشکار باید قبل از شروع به جوشکاری، از نوع و گرید چدن آگاه باشد تا بتواند جوشکاری چدن را به بهترین شکل انجام دهد. از جمله مواردی که در جوشکاری چدن باید به آن توجه داشت، انتخاب الکترود چدن مناسب، تمیز کردن چدن، رعایت گرمایش و سرمایش و همچنین اصول پیش گرما چدن است. با توجه به این موارد میتوان جوشکاری را به شکل درستی انجام داده و از ترک خوردن چدن جلوگیری کرد.

مراحلی که باید پیش از جوشکاری چدن انجام دهید

تمام افراد جوشکار، چه مبتدی و چه حرفه‌ای، باید پیش از شروع به جوشکاری به یک سری موارد توجه داشته باشند. یکی از این موارد مربوط به شناسایی نوع گرید و دسته چدن است. از آنجایی که آهن سفید غیر قابل جوشکاری است، باید قبل از شروع به جوشکاری آلیاژ چدن را به خوبی شناسایی کرده و سپس مراحل زیر را انجام داد:

• پس از تشخیص و شناسایی آلیاژ، باید به تمیز کردن چدن پرداخت.
• بعد از آن باید یک دمای پیش گرمایش صحیح انتخاب کرد.
• سپس باید بر اساس شرایط موجود، یک روش جوشکاری مناسب را انتخاب کرد.

در ادامه به توضیح جداگانه هر یک از این موارد می‌پردازیم.

نکات مهم برای تشخیص نوع آلیاژ

یکی از مواردی که پیش از شروع به جوشکاری باید به آن توجه داشت، شناسایی آلیاژ است. دلیل اهمیت این موضوع این است که چدن شکل‌پذیری ضعیفی دارد و با هرگونه تنش گرمایی ممکن است دچار ترک‌خوردگی شود. ترک خوردن چدن بستگی به نوع و دسته چدن دارد. برای همین در صورتی که آلیاژ را به خوبی تشخیص داده و شناسایی کنید، می‌توانید از این امر جلوگیری نمایید. چدن خاکستری از رایج‌ترین آلیاژهای چدن است و در صنعت کاربرد زیادی دارد. این آلیاژ به دلیل رسوب بالای کربن در زمان جوشکاری، باعث شکننده شدن منطقه جوش می‌شود. راه شناخت این آلیاژ توجه به رنگ امتداد نقطه شکست است که به رنگ خاکستری می‌باشد. چدن سفید به طور کلی غیر قابل جوش است و قطعاتی که از آن ساخته شده باشند، قابل جوش زدن نیستند. چدن داکتیل نیز شبیه به چدن خاکستری بوده و در بسیاری از خصوصیات به آن شباهت دارد. برای همین با توجه به این موارد بهتر است آلیاژ چدن را شناسایی کنید تا بتوانید جوشکاری چدن را به شکل مناسبی انجام دهید.

• تمیز کردن سطوح چدن پیش از جوشکاری

سطح جوشکاری باید کاملا تمیز باشد و از هرگونه آلودگی پاک باشد. در جوشکاری چدن نیز باید به این موضوع توجه داشته و در صورت کثیف بودن سطوح آن را تمیزکاری کرد. سطح چدن باید عاری از هرگونه روغن، گریس و رنگ باشد. در صورتی که این موارد پیش از شروع به جوشکاری برطرف نشوند، جوش‌پذیری به شکل درستی انجام نشده و جوش حاصل مقاومت خوبی نخواهد داشت.

• انتخاب دمای پیش گرمایش صحیح

ضرورت انتخاب دمای پیش گرمایش مناسب، این است که از ترک تنشی در چدن جلوگیری شود. گرمایش و سرمایش چدن باید به خوبی کنترل شود تا از بروز تنش و ترک‌خوردگی در آن جلوگیری شود. با پیش گرمایش چدن قبل از جوشکاری، محل به سرعت خنک می‌شود. حداقل دمای پیش گرمایش بین 100 الی 400 درجه سانتی‌گراد است که مقدار دقیق آن بستگی به نوع چدن و درجه سختی آن دارد. بنابراین به نوع چدن و گرید آن توجه داشته باشید تا بتوانید دمای پیش گرمایش صحیحی برای چدن انتخاب نمایید.

چند عامل مهم در زمان و پس از انجام جوشکاری چدن

در کنار نکاتی که پیش از شروع جوشکاری باید به آنها توجه داشته باشید، مواردی نیز وجود دارد که باید در حین و پس از جوشکاری چدن به آن توجه کرد. این موارد مربوط به ضربه‌زنی به جوش بلافاصله پس از جوشکاری، عدم حرکت زیگزالی الکترود جوشکاری به منظور کاستن انرژی جوش، پس‌گرم کردن و استفاده از توالی جوشکاری مناسب می‌باشد. با توجه به نکات پیش، در حین و پس از جوشکاری، می‌توانید جوشکاری چدن را به شکل با کیفیتی انجام داده و از ترک‌خوردگی آن جلوگیری نمایید.

رایج ترین الکترود مخصوص جوشکاری چدن

یکی از موارد مهم در جوشکاری چدن، توجه به نوع الکترود است. با اینکه بیشتر کارشناسان این صنعت الکترودهای نیکل را برای چدن توصیه می‌کنند، اما از برخی دیگر از الکترودها نیز میتوان برای جوشکاری چدن استفاده کرد. در اینجا به چند مورد رایج از این الکترودها اشاره می‌کنیم.

• الکترودهای نیکل 99 درصد: الکترودهای پایه نیکل 99 درصد، از سایر گزینه‌ها گرانتر هستند. اما کیفیت جوش ایجاد شده با آنها بسیار بالا است و بهترین نتایج از طریق آنها به دست می‌آید. الکترودهای نیکل 99 درصد سبب ایجاد جوش‌هایی می‌شوند که قابلیت ماشین کاری دارند و باعث ایجاد رسوب جوش نرم و چکش خواری می‌شوند.
• الکترودهای نیکل 55 درصد: نوع دیگر الکترودهای پایه نیکل، الکترود نیکل 55 درصد است که نسبت به نوع نیکل خالص ارزانتر هستند. این الکترودها هم قابلیت ماشین کاری دارند و بیشتر برای تعمیرات بخش ضخیم استفاده می‌شوند. این دسته از الکترودها برای جوشکاری چدن به فولاد بسیار ایده آل می‌باشند.
• الکترودهای فولادی: برای جوشکاری چدن میتوان از الکترودهای فولادی هم استفاده کرد. گرچه این الکترودها همچون الکترودهای پایه نیکل نیستند. با این حال الکترودهای فولادی از قیمت پایین‌تری برخوردار هستند و برای تعمیرات و پر کردن‌های جزئی مناسب می‌باشند. الکترودهای فولادی سبب ایجاد جوش‌های سختی شده که برای تکمیل نیاز به سنگ زنی اضافه دارند و قابلیت ماشین کاری هم ندارند. با این وجود الکترودهای فولادی تطبیق رنگ خوبی را فراهم کرده و میتوانند ریخته گری‌هایی که را که کاملا تمیز نیستند، تحمل کنند.

روش‌های مناسب جهت جوشکاری چدن

جوشکاری چدن را به روش‌های گوناگونی میتوان انجام داد. اما بهترین روش جوشکاری چدن روشی است که بتوان در آن اصول گرمایش و سرمایش را به راحتی انجام داد. از مهمترین روش‌های جوشکاری چدن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• جوشکاری قوسی تنگستن
• جوشکاری با هسته شار
• جوشکاری زیر آب
• جوشکاری با گاز فعال فلزی
• جوشکاری قوس الکتریکی دستی

بیشترین کاربرد جوشکاری چدن در صنعت

روش تولید قطعات چدنی بیشتر از طریق ریخته‌گری انجام می‌شود و از جوشکاری چدن به این منظور استفاده نمی‌شود. در واقع جوشکاری چدن برای تولید قطعات چدنی در صنعت، بسیار کم صورت می‌گیرد. از کاربردهای جوشکاری چدن در صنعت میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از جوشکاری چدن به منظور برطرف کردن خطاهای ماشین‌کاری قطعات
• تعمیر قطعات مستهلک یا شکسته شده به وسیله جوشکاری چدن
• برطرف کردن عیوب ریخته‌گری مانند ترک‌های موضعی، حفره‌های گازی و ….

متداولترین فرآیندهای جوشکاری چدن

• جوشکاری استیک

جوشکاری استیک یا جوشکاری قوس فلزی محافظ، یکی از فرآیندهای جوشکاری چدن است. در این روش جوشکاری، از الکترود مصرفی پوشانده شده با فلاکس استفاده می‌شود.  بسته به نوع کاربرد و مقدار ماشین‌کاری پس از جوشکاری، میتوان از سه نوع الکترود مختلف جهت این کار استفاده کرد. الکترودهای پوشیده شده از چدن، الکترودهای آلیاژ نیکل و الکترودهای آلیاژ مس از جمله فیلرهای قابل استفاده در این روش هستند.

• جوشکاری اکسی استیلن

در این روش جوشکاری میتوان از الکترودهای چدن و الکترودهای روی مس استفاده کرد. تفاوتی که این روش با روش قبلی دارد این است که در اکسی استیلن به جای قوس تولید شده توسط جریان، از یک مشعل اکسی استیلن جهت تامین انرژی جوشکاری استفاده می‌شود. در این روش باید توجه داشته باشید تا چدن اکسید نشود؛ چرا که اکسید شدن چدن، سبب تشکیل آهن سفید در جوش و از بین رفتن سیلیکون می‌شود.

• جوشکاری برنجی

از آنجایی که جوشکاری برنجی کمترین ضربه به خود فلز پایه را دارد، جزو روش‌های معمول اتصال قطعات چدنی به حساب می‌آید. نقطه ذوب ماده پرکننده در این روش در مقایسه با چدن پایین است و همین امر سبب می‌شود تا از رقیق شدن پر کننده با چدن جلوگیری شود.

• جوشکاری قوس فلزی دستی

برای جوشکاری چدن میتوان از چندین روش جوشکاری استفاده کرد که یکی از آنها جوشکاری قوس فلزی دستی (MMA)) است. البته این جوشکاری به عنوان جوشکاری قوس فلزی محافظ یا همان SMAW نیز شناخته می‌شود. حال این روش یکی از بهترین روش‌ها برای جوشکاری چدن است. البته به شرط آنکه از الکترودهای جوشکاری صحیح و مناسبی برای آن استفاده شود. از انواع الکترود مناسب برای جوشکاری قوس فلزی دستی، باید به الکترودهای بر پایه آهن و بر پایه نیکل اشاره کرد. الکترودهای بر پایه آهن، سبب ایجاد فلز جوش با مارتنزیت کربن بالا می‌شود. برای همین بیشتر به تعمیرات جزئی ریخته گری و زمانی که تطابق رنگ نیاز است، محدود می‌گردد. الکترودهای بر پایه نیکل هم فلز جوش انعطاف پذیرتری را ارائه می‌دهند. این الکترودها میتوانند با ایجاد فلز جوش با استحکام کمتر، به کاهش پیش گرمایش و ترک خوردگی کمک نمایند.

• جوشکاری تیگ

جوشکاری تیگ قادر است جوش تمیزی را بر روی چدن ایجاد کند. اما به دلیل ویژگی‌های گرمایش بسیار موضعی، معمولا ترجیح داده نمی‌شود. کیفیت جوش ایجاد شده با این روش هم تا حد زیادی به مهارت جوشکار بستگی دارد.

• جوشکاری بریزی

از جوشکاری بریز هم میتوان برای جوشکاری چدن استفاده کرد. چرا که کمترین تاثیر را روی خود فلز پایه دارد. همچون دیگر تکنیک‌های جوشکاری، تمیز کردن سطح در جوشکاری بریز اهمیت زیادی دارد. برای این کار هم میتوان از فلاکس استفاده کرده و از طریق آن مانع از تشکیل اکسیدها شد.

جمع بندی

جوشکاری چدن یکی از انواع جوشکاری‌های سخت، اما پرکاربرد است. از این جوشکاری بیشتر برای برطرف کردن عیوب ریخته‌گری و تعمیر قطعات مستهلک استفاده می‌شود و جهت تولید قطعات چدنی از آن استفاده نمی‌شود. برای اینکه جوشکاری چدن به شکل درستی انجام شود، باید به تکنیک‌ها و نکات زیادی در رابطه با آن توجه شود. در این مطلب به طور کامل به نکات مهم در جوشکاری چدن پرداختیم و با مراحل پیش از جوشکاری و مراحل در حین و پس از جوشکاری آشنا شدیم. همانطور که اشاره شد مهمترین مراحل پیش از جوشکاری چدن مربوط به تشخیص نوع آلیاژ، تمیز کردن سطوح، انتخاب دمای پیش گرمایش صحیح و استفاده از یک روش جوشکاری مناسب می‌باشد. با توجه به این موارد میتوان جوشکاری چدن را به شکل با کیفیت و بی‌نقصی انجام داد.