عیوب جوشکاری

جوشکاری، هنر و دانش اتصال فلزات به یکدیگر بوده و دنیای وسیعی از ظرافت‌ها و دقت‌ها را در خود جای‌داده است. در این میان، عیوب جوشکاری مانند ناخوانده‌هایی ظریف و گاه خطرناک، می‌توانند کیفیت و استحکام اتصال را به خطر اندازند. شناخت دقیق این عیوب، علل و راه‌های پیشگیری از آنها، گامی مهم در تضمین کیفیت جوشکاری و ارتقای سطح ایمنی سازه‌ها خواهد بود.

عیب جوشکاری چیست؟

عیوب جوشکاری نواقصی هستند که می‌توانند در هر مرحله از فرایند جوشکاری ایجاد شوند و در صورت وقوع، می‌توانند کاربرد موردنظر جوشکاری را به خطر بیندازند. این عیوب انحرافاتی از نظر اندازه و شکل از الزامات فنی و طراحی هستند. اگرچه برخی از عیوب مجاز هستند؛ زیرا استانداردها و کیفیت تعیین شده را به خطر نمی‌اندازند، برخی دیگر مورد پذیرش واقع نمی‌شوند.

عیوبی که جوشکاری را به خطر نمی‌اندازند، “ناپیوستگی جوش” نامیده می‌شوند. بااین‌حال، اگر تعداد زیادی از این ناپیوستگی‌ها وجود داشته باشد، به‌عنوان عیب طبقه‌بندی می‌شوند و قابل ردشدن هستند.

درحالی‌که ایجاد یک جوش بدون عیب تقریباً غیرممکن است، جوشکاران باید برای جلوگیری از اتلاف مواد و حفظ کیفیت موردنظر، بروز عیوب را کاهش دهند و ازآنجایی‌که هدف هر جوشکاری این است که از ردشدن جوش‌های خود جلوگیری کند، همه باید انواع عیوبی را که ممکن است رخ دهد و نحوه جلوگیری از آنها را بیاموزند.

به هرگونه نقص و ناکارآمدی در جوش که بر کیفیت و عملکرد آن اثر منفی بگذارد، عیب جوشکاری می‌گویند. این عیوب می‌توانند در ظاهر جوش، ساختار داخلی یا خواص مکانیکی و شیمیایی آن نمود پیدا کنند.

چرا شناسایی و رفع عیوب جوشکاری ضروری است؟

دلیل اصلی شناسایی و جلوگیری از عیوب جوشکاری، خطر بالقوه جوش‌های بی‌کیفیت است، زیرا احتمال خرابی آنها بیشتر است. عواقب خرابی جوشکاری ممکن است تنها به ناراحتی ترکیدن لوله در حمام ختم شود. اما اگر جوشکاری لوله گاز با مشکل مواجه شود، نتایج آن می‌تواند فاجعه‌بار باشد، از جمله تلفات جانی. همین امر در مورد جوشکاری سازه‌ای نیز صادق است، جایی که یک جوشکاری ضعیف می‌تواند باعث آسیب یا مرگ رانندگان عبوری از پل یا کارگران در یک ساختمان بلند شود.

جوشکاری باکیفیت به بهبود ایمنی سازه‌ها و جان انسان‌های بی‌گناهی که به آنها وابسته‌اند کمک می‌کند. اکثر جوشکاران حرفه‌ای در حال حاضر درک کرده‌اند که عیوب جوشکاری فراتر از زیبایی‌شناسی است و بسیاری از آنها این پیام را به افراد تازه‌وارد این تجارت که هنوز خطرات بالقوه عیوب جوشکاری را درک نکرده‌اند، منتقل می‌کنند.

عیوب جوشکاری می‌توانند در انواع فرایندهای جوشکاری از جمله جوشکاری قوس الکتریکی و جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GMAW) رخ دهد. یکی از عیوب رایج جوشکاری تخلخل است که ناشی از تشکیل حفره‌های گاز در جوش است. این امر می‌تواند ناشی از گاز محافظ نامناسب در جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ یا آماده‌سازی ضعیف جوش در جوشکاری قوس الکتریکی باشد. عیب رایج دیگر عدم ذوب کامل است که زمانی اتفاق می‌افتد که سیم جوش یا فلز پایه ذوب نشود. این اتفاق نیز می‌تواند ناشی از عوامل مختلفی از جمله طول قوس نامناسب یا تکنیک جوشکاری ضعیف باشد.

برای به‌حداقل‌رساندن عیوب جوشکاری، رعایت رویه‌های صحیح جوشکاری و استفاده از تجهیزات مناسب ضروری است. به‌عنوان‌مثال، حفظ طول قوس صحیح برای دستیابی به یک جوش با کیفیت بالا بسیار مهم است. در GMAW، سیم جوش و گاز محافظ نیز باید بادقت انتخاب شوند تا عملکرد بهینه تضمین شود. علاوه بر این، آماده‌سازی مناسب جوش برای اطمینان از تمیز بودن و عاری از آلودگی فلز پایه ضروری است.

در فرایند تولید، شناسایی و رفع عیوب جوشکاری برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان محصول نهایی بسیار مهم است. این می‌تواند شامل استفاده از تکنیک‌های آزمایش غیرمخرب مانند اشعه ایکس یا تست فراصوت برای تشخیص عیوبی باشد که با چشم غیرمسلح قابل‌مشاهده نیستند. با انجام این اقدامات برای جلوگیری و تشخیص عیوب جوشکاری، تولیدکنندگان می‌توانند اطمینان حاصل کنند که محصولات آنها بالاترین استانداردهای کیفیت و ایمنی را رعایت می‌کنند.

جلوگیری از عیوب جوشکاری: عواملی که باید در SMAW، FCAW و SAW در نظر گرفته شوند

عیوب جوشکاری در بسیاری از فرایندهای جوشکاری، از جمله جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روپوش‌دار (SMAW)، جوشکاری قوس الکتریکی با مفتول توپر (FCAW) و جوشکاری زیر پودری (SAW) یک مشکل رایج است.

یکی از راه‌های جلوگیری از ایجاد عیوب، انتخاب فلز پرکننده مناسب برای فرایند جوشکاری است. استفاده از فلز پرکننده نامناسب می‌تواند منجر به جوشی ضعیف یا ترد شود که مستعد ترک‌خوردن یا سایر عیوب است.

عامل دیگری که باید در نظر گرفته شود، چگالی جریان مورداستفاده در فرایند جوشکاری است. اگر چگالی جریان بیش از حد زیاد باشد، می‌تواند باعث سوختگی یا سایر عیوب در حوضچه مذاب شود. برعکس، اگر چگالی جریان خیلی کم باشد، می‌تواند منجر به یک جوش ناقص یا ضعیف شود.

در فرایند SMAW، درصورتی‌که تکنیک جوشکاری مناسب نباشد یا الکترود به‌درستی نگهداری نشود، ممکن است عیوبی مانند حبس سرباره و تخلخل رخ دهد. در فرایند FCAW، اگر پارامترهای جوشکاری به‌درستی تنظیم نشوند، ممکن است عیوب جوشکاری مانند ذوب ناقص و عدم نفوذ ظاهر شوند. در فرایند SAW، پوشش شار نامناسب یا سرعت تغذیه سیم اشتباه می‌تواند منجر به عیوب جوشکاری شود.

برای شناسایی عیوب جوشکاری، بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) یک روش رایج تست غیرمخرب است. این روش شامل اعمال میدان مغناطیسی به ناحیه جوش و سپس استفاده از محلول ذرات مغناطیسی بر روی سطح است. در صورت وجود عیب در جوش، ذرات مغناطیسی در اطراف آن جمع شده و برای بازرس قابل‌مشاهده می‌شوند.

با انتخاب فلز پرکننده مناسب، کنترل چگالی جریان و استفاده از تکنیک جوشکاری صحیح، تولیدکنندگان می‌توانند از بروز بسیاری از عیوب جوشکاری جلوگیری کنند. علاوه بر این، استفاده از روش‌های تست غیرمخرب مانند MPI می‌تواند به شناسایی عیوبی که ممکن است در طول فرایند جوشکاری رخ‌داده باشد، کمک کند. با انجام این اقدامات، تولیدکنندگان می‌توانند اطمینان حاصل کنند که فرایندهای جوشکاری آنها منجر به تولید جوش‌های با کیفیت بالا و بدون عیب می‌شود.

انواع عیوب جوشکاری

عیوب موجود در اتصالات جوشکاری به دودسته تقسیم می‌شوند: عیوبی که قابل‌مشاهده هستند (خارجی) و عیوبی که پنهان هستند (داخلی).

• عیوب خارجی جوشکاری: عیوب خارجی جوشکاری که گاهی اوقات عیوب سطحی نیز نامیده می‌شوند، روی سطح جوش ظاهر می‌شوند. برخی از نمونه‌ها عبارت‌اند از ترک، همپوشانی، زیر بریدگی، تخلخل و پاشش.
• عیوب جوشکاری داخلی: عیوب جوشکاری داخلی که در عمق جوش رخ می‌دهد ممکن است قابل‌مشاهده نباشد، اما به‌اندازه عیوب خارجی مشکل‌ساز است. از جمله این موارد می‌توان به ذوب ناقص، سرباره و نفوذ ناقص اشاره کرد.

انواع عیوب خارجی جوشکاری

عیوب خارجی جوشکاری به‌طورکلی به چند دسته زیر تقسیم می‌شوند:

1. ترک ها (Cracks)

ترک‌ها از شایع‌ترین و شدیدترین عیوب جوشکاری هستند؛ زیرا باعث ضعیف‌شدن جوش می‌شوند و می‌توانند در هر نقطه از سطح آن ایجاد شوند. دو نوع ترک وجود دارد 1) ترک‌های گرم که در حین جوشکاری زمانی که دما به 10000 درجه سانتیگراد می رسد رخ می‌دهند. 2) ترک های سرد پس از جوشکاری و در طی فرآیند انجماد و چندین ساعت یا چند روز پس از اتمام جوشکاری ظاهر می شوند.

اقدامات پیشگیرانه جهت بروز عیب جوش ترک ها

• از سردشدن سریع ناحیه جوشکاری خودداری شود.
• اتصال را تا دمای موردنیاز پیش گرم کنید.
• از جریان کم همراه با سرعت حرکت بالا استفاده نکنید.
• از طراحی اتصال صحیح استفاده کنید.
• تنظیمات آمپراژ مناسب را اعمال کنید.
• از مواد پرکننده آلیاژ مناسب استفاده کنید.

2. بروز بریدگی (Undercut)

به‌وجودآمدن بریدگی به شیارهای باریک یا بریدگی‌هایی در لبه جوش گفته می‌شود. این عیب زمانی رخ می‌دهد که فلز پایه از ناحیه جوش ذوب شده و باعث کاهش ضخامت فلز پایه و ضعف قطعه کار می‌شود.

اقدامات پیشگیرانه جهت عیب جوش بروز بریدگی

• سرعت حرکت را کاهش دهید.
• از سایز الکترود مناسب استفاده کنید.
• طول قوس را کم کرده و ولتاژ را پایین بیاورید.
• از تکنیک‌های صحیح جوشکاری استفاده کنید.
• از چندین پاس جوشکاری استفاده کنید.
• مشعل را در زاویه صحیح نگه دارید.

3. همپوشانی در جوشکاری (Overlap)

همپوشانی زمانی اتفاق می‌افتد که حوضچه مذاب جوش از سطح فلز پایه فراتر رفته و بدون ایجاد پیوند، آن را می‌پوشاند.

به‌عبارت‌دیگر، در این حالت فلز جوش به طور کامل به فلز پایه ذوب نمی‌شود و فقط روی آن را می‌پوشاند. این عیب جوشکاری می‌تواند به دلیل موارد زیر باشد:

• جریان بیش از حد: اگر جریان جوشکاری بیش از حد باشد، حوضچه مذاب بیش از حد گرم شده و فلز پایه ذوب می‌شود.
• سرعت جوشکاری کم: اگر سرعت جوشکاری خیلی کم باشد، فلز پایه بیش از حد گرم شده و حوضچه مذاب فرصت کافی برای ذوب‌شدن کامل آن را پیدا می‌کند.
• تکنیک نامناسب جوشکاری: اگر تکنیک جوشکاری مناسب نباشد، ممکن است حوضچه مذاب به طور کامل به فلز پایه نفوذ نکند.

همپوشانی می‌تواند باعث ایجاد نقص در جوشکاری شده و استحکام آن را کاهش دهد.

راه‌حل‌های رفع مشکل همپوشانی

• کاهش جریان جوشکاری: با کاهش جریان، حوضچه مذاب خنک‌تر شده و فلز پایه ذوب نمی‌شود.
• افزایش سرعت جوشکاری: با افزایش سرعت، فلز پایه فرصت کمتری برای گرم‌شدن پیدا می‌کند.
• استفاده از تکنیک مناسب جوشکاری: با استفاده از تکنیک مناسب، می‌توان نفوذ کامل حوضچه مذاب به فلز پایه را تضمین کرد.

4. تخلخل (Porosity)

تخلخل زمانی رخ می‌دهد که حباب‌های گاز در داخل جوش جمع شده و به دام بیفتند. جوش‌های متخلخل به طور معمول به دلیل آلودگی فلز جوش رخ می‌دهد. در حین جوشکاری، گازهایی از جمله بخار آب، هیدروژن و دی‌اکسیدکربن تولید می‌شوند و می‌توانند به دام بیفتند که باعث ضعیف‌شدن اتصال و خراب‌شدن کار می‌شود.

برای جلوگیری از ایجاد تخلخل در جوشکاری موارد زیر را در نظر بگیرید:

• قبل از شروع جوشکاری، سطح جوش را تمیز کنید.
• با کند کردن فرایند جوشکاری، اجازه دهید گازها خارج شوند.
• تنظیمات فلومتر گاز را بررسی کنید.
• فلز پایه را به‌درستی تمیز و آماده کنید.
• مطمئن شوید که اتصال خشک است.
• جریان گاز محافظ را به‌درستی تنظیم کنید.
• جلوگیری از افزایش بیش از حد آمپراژ.
• از آلیاژ الکترود مناسب برای کار استفاده کنید.

5. جرقه و پاشش (Spatter)

پاشش (Spatter) در جوشکاری MIG (Metal Inert Gas) به طور مکرر اتفاق می‌افتد و زمانی رخ می‌دهد که ذرات فلزی حاصل از جوشکاری به سطح مجاور ناحیه جوش بچسبند. اگرچه پاشش معمولاً خطری برای استحکام سازه ندارد، اما یک عیب محسوب می‌شود؛ زیرا ظاهر جوش اغلب به‌اندازه استحکام آن اهمیت دارد.

جوشکاری MIG، نوعی جوشکاری است که از قوس الکتریکی و سیم الکترود برای ذوب کردن و اتصال قطعات فلزی استفاده می‌کند، به طور شناخته شده‌ای باعث ایجاد پاشش به طور مکرر می‌شود.

اقدامات پیشگیرانه جهت بروز عیب جوش جرقه و پاشش

• مطمئن شوید فلز پایه تمیز است.
• از محافظ گازی مناسب استفاده کنید.
• از آمپراژ صحیح استفاده کنید.
• قوس الکتریکی کوتاه را حفظ کنید.
• زاویه الکترود را افزایش دهید.
• سیم جوش را بررسی کنید تا از عدم انسداد آن مطمئن شوید.

انواع عیوب داخلی جوشکاری

این عیوب در داخل جوش پنهان هستند و با چشم غیرمسلح قابل‌مشاهده نیستند. از جمله عیوب داخلی جوشکاری می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. نفوذ ناقص (Poor Penetration)

نفوذ ناقص یا ناکافی زمانی اتفاق می‌افتد که گِل جوش (مِتال مذاب) در یک اتصال لب‌به‌لب (اتصال سربه‌سر)، درز پایین را پر نکند و در نتیجه، استحکام اتصال به خطر بیفتد.

با رعایت این نکات جوشکاری می‌توانید از نفوذ ناقص جلوگیری کنید:

• اطمینان حاصل کنید که رسوب جوش کافی وجود دارد.
• حتماً از هندسه اتصال صحیح و تراز مناسب استفاده کنید.
• از آمپراژ جوشکاری بهینه استفاده کنید.
• سرعت حرکت را کاهش دهید.
• از الکترودی با اندازه صحیح استفاده کنید.
• اتصالات لبه به لبه را با شیارهای V شکل با اضلاع شیب‌دار 60 تا 70 درجه آماده کنید.

2. تخلخل سرباره (Inclusion)

تخلخل سرباره ناخالصی‌هایی هستند که در داخل جوش یا روی سطح ناحیه جوش گیر افتاده‌اند. این آلاینده‌ها محصولات جانبی جوشکاری الکترود دستی و قوس الکتریکی بوده و می‌توانند اتصال را به طور قابل‌توجهی ضعیف کنند.

جهت جلوگیری از بروز عیب جوش تخلخل سرباره می‌توان موارد زیر را در نظر گرفت:

• فلز پایه را کاملاً آماده و تمیز کنید.
• از جریان پایین (آمپراژ کم) خودداری کنید.
• اطمینان حاصل کنید که جوش به طور متوسط ​​خنک شود.
• زاویه مشعل را به‌درستی تنظیم کنید.
• سرعت جوشکاری را افزایش دهید تا جوش و سرباره مخلوط نشوند.

3. جوش ناقص (Incomplete Fusion)

جوش ناقص (که به‌عنوان عدم نفوذ کامل نیز شناخته می‌شود) زمانی رخ می‌دهد که فلز جوش و فلز پایه به طور کامل به هم متصل نشوند. همچنین امکان دارد جوش ناقص بین لایه‌های خود جوش رخ دهد، اگر فلز پرکننده در حین جوشکاری چند پاسه،به‌درستی به فلز پایه در هر دو طرف و به جوش‌های زیرین متصل نشود.

برای جلوگیری از ذوب ناقص، چند نکته را رعایت کنید:

• فلز پایه را برای حذف تمام ناخالصی‌ها تمیز کنید.
• از الکترود با اندازه مناسب استفاده کنید.
• اطمینان حاصل کنید که از آلیاژ الکترود صحیح استفاده می‌شود.
• مشعل را خیلی سریع حرکت ندهید.
• از کوتاه‌شدن بیش از حد قوس الکتریکی جلوگیری کنید.
• آمپراژ را به‌اندازه کافی بالا نگه دارید.

جمع‌بندی

عیوب جوشکاری نه‌تنها از نظر ظاهری ناخوشایند هستند، بلکه در صورت عدم رسیدگی می‌توانند مشکلات جدی ایجاد کنند. علاوه بر پرهزینه و وقت‌گیر بودن، آنها در صورت عدم کنترل می‌توانند در نهایت منجر به جراحت یا حتی مرگ شوند.

با یادگیری و استفاده از تکنیک‌های صحیح جوشکاری، جوشکاران حرفه‌ای در جهت حفظ ایمنی خود و کاربران نهایی در آینده تلاش می‌کنند. تمرکز بر بهبود ماشین‌آلات جوشکاری و مهارت‌های فنی به محدودکردن عیوب جوشکاری و امکان تولید محصولات با کیفیت بالاتر توسط تولیدکنندگان کمک می‌کند.