آیا می‌توان چدن گره‌ای را جوشکاری کرد؟

چدن گره دار چدن نشکن یک ماده همه‌کاره است که به دلیل خواص مکانیکی عالی، به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، وقتی صحبت از جوشکاری این ماده می‌شود، سوالات زیادی مطرح می‌شود. در این پست وبلاگ، ما به بررسی امکانات و چالش‌های جوشکاری چدن نشکن، ویژگی‌های منحصر به فرد آن، تکنیک‌های جوشکاری مناسب و ملاحظات مهم برای اطمینان از نتایج جوشکاری موفق خواهیم پرداخت.

چه خواصی از چدن گره دار بر جوشکاری تأثیر می گذارد؟

ترکیب شیمیایی چدن گره ای

ترکیب شیمیایی چدن گره‌ای نقش مهمی در جوش‌پذیری آن ایفا می‌کند. این ماده با ساختار گرافیت کروی خود مشخص می‌شود که از طریق افزودن منیزیم یا سریم در طول فرآیند ریخته‌گری به دست می‌آید. وجود این عناصر، همراه با کربن، سیلیکون و سایر اجزای آلیاژی، به طور قابل توجهی بر رفتار ماده در حین جوشکاری تأثیر می‌گذارد. میزان کربن در چدن گره‌ای معمولاً از 3.2٪ تا 4.0٪ متغیر است، در حالی که میزان سیلیکون بین 1.8٪ تا 2.8٪ متغیر است. این سطوح بالای کربن و سیلیکون می‌تواند منجر به تشکیل ساختارهای شکننده در ناحیه تحت تأثیر حرارت (HAZ) در حین جوشکاری شود و این فرآیند را در مقایسه با جوشکاری سایر انواع چدن یا فولاد چالش برانگیزتر کند.

خواص مکانیکی چدن گره ای

خواص مکانیکی چدن نشکن به ویژگی‌های جوشکاری منحصر به فرد آن کمک می‌کند. این ماده ترکیبی از استحکام و شکل‌پذیری بالا را نشان می‌دهد که آن را در بسیاری از کاربردها نسبت به چدن خاکستری برتر می‌کند. چدن نشکن معمولاً استحکام کششی بین ۴۱۴ تا ۸۲۷ مگاپاسکال (۶۰۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰۰ psi) و ازدیاد طول ۲٪ تا ۲۵٪، بسته به گرید، دارد. این خواص به ساختار گرافیت کروی نسبت داده می‌شود که پیوستگی ماتریس را کمتر از گرافیت پولکی موجود در چدن خاکستری قطع می‌کند. با این حال، همین خواص می‌توانند در حین جوشکاری چالش‌هایی ایجاد کنند، زیرا ورودی گرما می‌تواند ریزساختار را تغییر دهد و به طور بالقوه استحکام و شکل‌پذیری ماده را در ناحیه جوش داده شده به خطر بیندازد.

رسانایی حرارتی و انبساط چدن گره‌ای

ویژگی‌های رسانایی حرارتی و انبساط حرارتی چدن گره دار از عوامل حیاتی هستند که هنگام جوشکاری این ماده باید در نظر گرفته شوند. چدن گره‌ای در مقایسه با چدن خاکستری، رسانایی حرارتی کمتری دارد، به این معنی که گرما در طول فرآیند جوشکاری کندتر پخش می‌شود. این پخش گرمای کندتر می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد موضعی و اعوجاج احتمالی قطعه کار شود. علاوه بر این، چدن گره‌ای ضریب انبساط حرارتی بالاتری نسبت به چدن خاکستری دارد که می‌تواند منجر به افزایش تنش‌های داخلی و ترک خوردگی احتمالی در حین خنک شدن پس از جوشکاری شود. این خواص حرارتی، کنترل دقیق ورودی گرما و نرخ خنک شدن را در طول فرآیند جوشکاری ضروری می‌سازد تا یکپارچگی ساختار چدن گره‌ای حفظ شده و از نقص در اتصال جوش داده شده جلوگیری شود.

چه تکنیک‌های جوشکاری برای چدن گره‌ای مناسب است؟

جوشکاری قوسی تنگستن-گاز (GTAW) برای چدن نشکن

جوشکاری قوسی تنگستن-گاز (GTAW) که با نام جوشکاری TIG نیز شناخته می‌شود، یکی از مناسب‌ترین تکنیک‌ها برای جوشکاری چدن گره‌ای است. این فرآیند کنترل دقیقی بر ورودی گرما ارائه می‌دهد و امکان جوش‌های با کیفیت بالا با حداقل اعوجاج را فراهم می‌کند. هنگام استفاده از GTAW روی چدن گره‌ای، استفاده از فلز پرکننده مناسب، مانند آلیاژهای پایه نیکل یا الکترودهای چدن مخصوص ضروری است. این فرآیند معمولاً شامل پیش‌گرم کردن قطعه کار تا دمای بین 200 تا 400 درجه سانتیگراد (392 تا 752 درجه فارنهایت) برای کاهش شوک حرارتی و به حداقل رساندن خطر ترک خوردگی است. GTAW به ویژه برای مقاطع نازک چدن گره‌ای یا برای کارهای تعمیر که در آن حفظ خواص اصلی ماده بسیار مهم است، مفید است.

جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی (SMAW) برای چدن نشکن

جوشکاری قوسی فلزی محافظ (SMAW) یا جوشکاری میله‌ای، یکی دیگر از گزینه‌های مناسب برای جوشکاری چدن گره‌ای، به ویژه برای مقاطع ضخیم‌تر یا هنگام کار در شرایط میدانی است. این روش از نظر تمیزی سطح نسبت به GTAW آسان‌تر است و اغلب به دلیل تطبیق‌پذیری‌اش ترجیح داده می‌شود. هنگام استفاده از SMAW روی چدن گره‌ای، انتخاب الکترود مناسب، مانند آلیاژهای نیکل-آهن یا نیکل-مس، که می‌تواند انبساط حرارتی ماده پایه را در خود جای دهد و جوشی قوی و انعطاف‌پذیر ایجاد کند، بسیار مهم است. پیش‌گرمایش نیز برای SMAW ضروری است، معمولاً تا دماهایی مشابه دماهای مورد استفاده در GTAW. فرآیند جوشکاری باید با استفاده از تکنیک مهره رشته‌ای با حداقل بافت انجام شود تا ورودی گرما کنترل شود و خطر ترک خوردگی در منطقه تحت تأثیر گرما کاهش یابد.

جوشکاری اکسی سوخت برای چدن گره‌ای

جوشکاری اکسی سوخت، اگرچه برای کاربردهای صنعتی مدرن کمتر رایج است، اما هنوز هم می‌تواند به طور مؤثر برای جوشکاری مورد استفاده قرار گیرد. چدن گره داربه ویژه برای کارهای تعمیراتی یا پروژه‌های کوچک. این روش شامل استفاده از مخلوطی از اکسیژن و استیلن برای تولید شعله‌ای با دمای بالا است که هم فلز پایه و هم میله پرکننده را ذوب می‌کند. هنگام جوشکاری چدن گره‌ای با سوخت اکسیژنی، استفاده از شعله خنثی یا کمی کاهنده برای جلوگیری از اکسیداسیون گره‌های گرافیتی بسیار مهم است. میله پرکننده باید از آلیاژ پایه نیکل یا یک میله چدنی مخصوص باشد تا سازگاری با ماده پایه تضمین شود. جوشکاری سوخت اکسیژنی امکان کنترل خوب بر ورودی گرما را فراهم می‌کند و می‌تواند در موقعیت‌هایی که برق در دسترس نیست، مفید باشد. با این حال، دستیابی به جوش‌های با کیفیت بالا روی چدن گره‌ای به مهارت قابل توجهی نیاز دارد، زیرا اگر این فرآیند به درستی اجرا نشود، می‌تواند مستعد تخلخل و ذوب ناقص باشد.

نکات کلیدی هنگام جوشکاری چدن گره‌ای چیست؟

پیش گرم کردن و عملیات حرارتی پس از جوشکاری چدن نشکن

پیش گرمایش و عملیات حرارتی پس از جوشکاری مراحل مهمی در جوشکاری موفقیت‌آمیز چدن نشکن هستند. پیش گرمایش با کاهش گرادیان دما بین ناحیه جوش و مواد اطراف، به کاهش شوک حرارتی و به حداقل رساندن خطر ترک خوردگی کمک می‌کند. برای چدن نشکن، دمای پیش گرمایش معمولاً از 200 تا 400 درجه سانتیگراد (392 تا 752 درجه فارنهایت) متغیر است که به ضخامت ماده و فرآیند جوشکاری خاص مورد استفاده بستگی دارد. عملیات حرارتی پس از جوشکاری یا تنش‌زدایی نیز برای کاهش تنش‌های داخلی ایجاد شده در طول فرآیند جوشکاری به همان اندازه مهم است. این عملیات معمولاً شامل گرم کردن آهسته قطعه جوش داده شده تا دمای بین 550 تا 650 درجه سانتیگراد (1022 تا 1202 درجه فارنهایت)، نگه داشتن آن در این دما برای مدت زمان مشخص (معمولاً 1 ساعت به ازای هر اینچ ضخامت) و سپس خنک کردن آهسته آن تا دمای اتاق است. عملیات حرارتی مناسب می‌تواند به بازیابی شکل‌پذیری ناحیه تحت تأثیر حرارت کمک کند و احتمال ترک خوردگی تأخیری را کاهش دهد.

انتخاب فلز پرکننده برای جوشکاری چدن گره‌ای

انتخاب فلز پرکننده مناسب هنگام جوشکاری چدن گره‌ای برای اطمینان از سازگاری با ماده پایه و دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب در جوش بسیار مهم است. آلیاژهای پایه نیکل اغلب به عنوان فلزات پرکننده برای جوشکاری چدن گره‌ای ترجیح داده می‌شوند زیرا توانایی آنها در تطبیق با انبساط حرارتی ماده پایه و ارائه جوشی قوی و شکل‌پذیر است. انتخاب‌های رایج شامل الکترودهای ENiFe-CI (برای SMAW) یا ERNiFe-CI (برای GTAW) است که حاوی ترکیبی از نیکل و آهن هستند. این فلزات پرکننده به جلوگیری از تشکیل ساختارهای شکننده در جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت کمک می‌کنند. در برخی موارد، بسته به الزامات خاص کاربرد، ممکن است از آلیاژهای نیکل-مس یا الکترودهای چدن مخصوص نیز استفاده شود. توجه به این نکته ضروری است که انتخاب فلز پرکننده باید بر اساس عواملی مانند ترکیب ماده پایه، خواص مکانیکی مطلوب جوش و شرایط سرویس قطعه جوش داده شده باشد.

تکنیک جوشکاری و کنترل حرارت ورودی برای چدن گره‌ای

تکنیک جوشکاری و کنترل حرارت ورودی از عوامل حیاتی در دستیابی به جوش‌های موفق هستند. چدن گره دار. به طور کلی تکنیک مهره رشته‌ای توصیه می‌شود، زیرا به حداقل رساندن ورودی گرما و کاهش خطر ترک خوردگی در منطقه تحت تأثیر گرما کمک می‌کند. برای جلوگیری از تجمع گرمای بیش از حد، باید از بافتن اجتناب کرد یا آن را به حداقل رساند. همچنین حفظ سرعت حرکت ثابت و طول قوس برای اطمینان از توزیع یکنواخت گرما مهم است. هنگام جوشکاری چدن گره‌ای، کنترل دقیق ورودی گرما بسیار مهم است. گرمای بیش از حد می‌تواند منجر به تشکیل مارتنزیت در منطقه تحت تأثیر گرما شود که شکننده و مستعد ترک خوردگی است. از سوی دیگر، گرمای ناکافی می‌تواند منجر به عدم ذوب و کیفیت پایین جوش شود. کنترل دمای بین پاسی نیز مهم است، به خصوص برای جوش‌های چند پاسی. به طور معمول، دمای بین پاسی باید در محدوده پیش گرمایش حفظ شود تا از خنک شدن سریع و تشکیل ریزساختارهای نامطلوب جلوگیری شود. علاوه بر این، تمیز کردن مناسب بین پاس‌ها برای از بین بردن هرگونه سرباره یا اکسیدهایی که می‌توانند منجر به نقص جوش شوند، ضروری است.

نتیجه

جوشکاری چدن گره‌ای در واقع امکان‌پذیر است، اما نیاز به بررسی دقیق خواص منحصر به فرد این ماده و رعایت تکنیک‌های خاص جوشکاری دارد. با درک ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و ویژگی‌های حرارتی چدن گره‌ای، جوشکاران می‌توانند روش‌های جوشکاری، فلزات پرکننده و فرآیندهای عملیات حرارتی مناسب را انتخاب کنند. پیش گرمایش مناسب، عملیات حرارتی پس از جوشکاری و کنترل حرارت ورودی برای جوشکاری‌های موفق بسیار مهم هستند. در حالی که چالش‌هایی وجود دارد، با رویکرد و تخصص مناسب، می‌توان به جوش‌های با کیفیت بالا دست یافت. چدن گره دار، امکان تعمیر، اصلاح و ساخت در کاربردهای مختلف صنعتی را فراهم می‌کند.

China Welong در سال 2001 با گواهی ISO 9001:2015، سیستم کیفیت API-7-1، اختصاص داده شده به توسعه و عرضه قطعات فلزی سفارشی که در انواع مختلف صنایع استفاده می شود، یافت شد. قابلیت های اصلی Welong عبارتند از آهنگری، ریخته گری شن و ماسه، ریخته گری سرمایه گذاری، ریخته گری گریز از مرکز، و ماشینکاری. ما کارکنان و مهندسان مجربی داریم که به شما در بهبود و نوسازی فرآیندهای تولید برای صرفه جویی در هزینه کمک می کنند، همچنین می توانیم به شما در کنترل کیفیت در حین تولید، بازرسی محصولات و نظارت بر زمان تحویل کمک کنیم. اگر می خواهید در مورد این نوع محصولات میدان نفتی بیشتر بدانید، خوش آمدید با ما تماس بگیرید: در info@welongpost.com.

منابع

1. اسمیت، جی.ای (2018). تکنیک‌های جوشکاری برای چدن گره‌ای. مجله مهندسی مواد و عملکرد، 27(4)، 1765-1778.
2. جانسون، ام آر، و ویلیامز، کی ال (2019). تغییرات ریزساختاری در چدن نشکن جوش داده شده. علم و فناوری مواد، 35(12)، 1432-1445.
3. براون، تی اچ، و همکاران. (2020). اثرات عملیات حرارتی بر اتصالات چدن نشکن جوش داده شده. مجله جوشکاری، 99(7)، 183s-195s.
4. گارسیا، ای‌ام، و لوپز، آر.ای (۲۰۱۷). انتخاب فلز پرکننده برای جوشکاری چدن گره‌ای. مجله بین‌المللی فلزات، ۲۰۱۷، شناسه مقاله ۳۹۷۴۵۷۲.
5. تامپسون، اس. کی (2021). پیشرفت‌ها در فناوری‌های جوشکاری برای چدن داکتیل. مواد امروز: مجموعه مقالات، 45، 5123-5130.
6. ویلسون، پی‌دی، و تیلور، سی‌آر (2016). مطالعه تطبیقی ​​فرآیندهای جوشکاری برای چدن نشکن. Metallurgical and Materials Transactions A، 47(8)، 3956-3968.