چرا نمی‌توان چدن داکتیل ریخته‌گری شده را جوشکاری کرد؟

چدن داکتیل ریخته‌گری شدهچدن داکتیل که با نام‌های آهن گره‌ای یا آهن گرافیتی کروی نیز شناخته می‌شود، نوعی چدن است که به دلیل خواص منحصر به فرد خود در صنایع مختلف محبوبیت پیدا کرده است. با این حال، یکی از چالش‌های رایج مهندسان و تولیدکنندگان، دشواری جوشکاری این ماده است. در این پست وبلاگ، دلایل چالش‌های جوشکاری چدن داکتیل ریخته‌گری شده را بررسی کرده و راه‌حل‌ها و جایگزین‌های بالقوه را مورد بحث قرار خواهیم داد.

چه ویژگی‌های منحصر به فردی در چدن نشکن وجود دارد که جوشکاری آن را دشوار می‌کند؟

ترکیب شیمیایی و ریزساختار

چدن داکتیل چدنی ترکیب شیمیایی و ریزساختار منحصر به فردی دارد که به چالش‌های جوشکاری آن کمک می‌کند. این ماده حاوی مقدار زیادی کربن است که معمولاً از 3.2٪ تا 3.8٪ متغیر است که به طور قابل توجهی بالاتر از فولاد است. این مقدار بالای کربن، همراه با حضور سایر عناصر آلیاژی مانند سیلیکون، منگنز و منیزیم، ریزساختار پیچیده‌ای ایجاد می‌کند. گرافیت موجود در چدن داکتیل به شکل گره‌های کروی وجود دارد که به این ماده خاصیت شکل‌پذیری و استحکام می‌بخشد. با این حال، این گره‌ها می‌توانند در طول فرآیند جوشکاری از هم گسیخته شوند و منجر به تغییر در خواص ماده و شکست‌های احتمالی جوش شوند.

حساسیت به گرما و رسانایی گرمایی

چدن داکتیل در حین جوشکاری به شدت به حرارت ورودی حساس است. این ماده در مقایسه با فولاد نقطه ذوب نسبتاً پایینی دارد و در طول فرآیند جوشکاری سرعت گرمایش و سرمایش بالایی را تجربه می‌کند. این حساسیت حرارتی می‌تواند منجر به تشکیل ریزساختارهای نامطلوب مانند مارتنزیت یا کاربیدها در منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) شود. این تغییرات ریزساختاری می‌تواند منجر به افزایش سختی، کاهش شکل‌پذیری و احتمال ترک خوردگی در ناحیه جوش داده شده شود. علاوه بر این، چدن داکتیل ریخته‌گری شده در مقایسه با سایر فلزات، رسانایی حرارتی کمتری دارد که می‌تواند منجر به تجمع حرارت موضعی و پیچیده‌تر شدن فرآیند جوشکاری شود.

حساسیت به ترک خوردگی

یکی از دلایل اصلی چالش برانگیز بودن جوشکاری چدن نشکن، حساسیت آن به ترک خوردگی است. این ماده در حین و بعد از فرآیند جوشکاری مستعد ترک خوردگی گرم و ترک خوردگی سرد است. ترک خوردگی گرم می‌تواند به دلیل وجود اجزای با نقطه ذوب پایین در ماده رخ دهد که می‌توانند در طول جوشکاری لایه‌های مایع را در امتداد مرز دانه‌ها تشکیل دهند. از سوی دیگر، ترک خوردگی سرد اغلب در اثر تشکیل ریزساختارهای شکننده در HAZ و وجود تنش‌های پسماند ایجاد می‌شود. این تمایلات به ترک خوردگی، دستیابی به جوش‌های سالم و بدون نقص در چدن نشکن را بدون اجرای اقدامات احتیاطی و تکنیک‌های خاص دشوار می‌کند.

عواقب احتمالی جوشکاری نادرست روی چدن داکتیل چدنی چیست؟

تخریب خواص مکانیکی

جوشکاری نامناسب چدن نشکن می‌تواند منجر به تخریب قابل توجه خواص مکانیکی آن شود. حرارت ورودی بالا در حین جوشکاری می‌تواند باعث شود که گره‌های گرافیت کروی به ساختارهای پوسته مانند تبدیل شوند و شکل‌پذیری و مقاومت ضربه‌ای ماده را کاهش دهند. علاوه بر این، تشکیل فازهای سخت و شکننده در HAZ، مانند مارتنزیت یا کاربیدها، می‌تواند منجر به افزایش سختی و کاهش چقرمگی شود. این تغییرات در خواص مکانیکی می‌تواند یکپارچگی کلی قطعه جوش داده شده را به خطر بیندازد و به طور بالقوه منجر به شکست زودرس در شرایط کاری شود. کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری و به کارگیری تکنیک‌های مناسب برای به حداقل رساندن تأثیر منفی بر خواص مکانیکی ماده بسیار مهم است.

تغییرات و نقص‌های ریزساختاری

جوشکاری چدن نشکن ریخته‌گری شده می‌تواند تغییرات ریزساختاری و نقص‌های مختلفی را ایجاد کند که بر عملکرد ماده تأثیر می‌گذارد. گرمای ورودی در حین جوشکاری می‌تواند باعث تجزیه ساختار ماتریس اصلی شود و منجر به تشکیل فازهای نامطلوب مانند لدبوریت یا سمنتیت شود. این فازهای سخت و شکننده می‌توانند قابلیت ماشینکاری ماده را به میزان قابل توجهی کاهش داده و خطر ترک خوردگی را افزایش دهند. علاوه بر این، تکنیک‌های جوشکاری نامناسب ممکن است منجر به تشکیل تخلخل، آخال یا نقص‌های ذوب ناقص در فلز جوش شود. این نقص‌ها به عنوان متمرکزکننده‌های تنش عمل می‌کنند و می‌توانند باعث ایجاد ترک یا شکست خستگی در قطعه جوش داده شده شوند. برای کاهش این مشکلات، استفاده از روش‌های جوشکاری مناسب و عملیات حرارتی پس از جوشکاری برای بازیابی ریزساختار مطلوب و به حداقل رساندن نقص‌ها ضروری است.

کاهش مقاومت در برابر خوردگی

چدن داکتیل چدنی به دلیل وجود گره‌های گرافیتی و لایه اکسید محافظی که روی سطح آن تشکیل می‌شود، عموماً مقاومت خوبی در برابر خوردگی نشان می‌دهد. با این حال، جوشکاری نامناسب می‌تواند این مقاومت در برابر خوردگی را به خطر بیندازد. گرمای ورودی در حین جوشکاری می‌تواند لایه اکسید محافظ را مختل کرده و توزیع گره‌های گرافیتی را در HAZ تغییر دهد. این امر می‌تواند نواحی موضعی با مقاومت خوردگی کاهش یافته ایجاد کند و قطعه جوش داده شده را در برابر خوردگی گالوانیکی یا سایر اشکال حمله خورنده حساس‌تر سازد. علاوه بر این، تشکیل کاربیدها یا سایر فازهای شکننده در منطقه جوش می‌تواند مکان‌های ترجیحی برای شروع خوردگی ایجاد کند. برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی چدن داکتیل ریخته‌گری شده پس از جوشکاری، اجرای رویه‌های جوشکاری مناسب و عملیات پس از جوشکاری که ریزساختار و ویژگی‌های سطحی ماده را حفظ می‌کنند، بسیار مهم است.

روش‌های اتصال جایگزین برای چدن نشکن چدنی چیست؟

بست مکانیکی

اتصال مکانیکی جایگزین مناسبی برای جوشکاری برای اتصال قطعات چدن نشکن ریخته‌گری شده است. این روش شامل استفاده از پیچ، میخ، پرچ یا سایر بست‌ها برای ایجاد اتصال فیزیکی بین قطعات است. اتصال مکانیکی هنگام کار با چدن نشکن ریخته‌گری شده مزایای متعددی دارد. این روش نیاز به ورودی گرما را از بین می‌برد و در نتیجه از تغییرات ریزساختاری و تنش‌های حرارتی مرتبط با جوشکاری جلوگیری می‌کند. این روش همچنین امکان جداسازی و مونتاژ مجدد آسان قطعات را فراهم می‌کند که می‌تواند برای اهداف نگهداری یا تعمیر مفید باشد. با این حال، هنگام استفاده از اتصال مکانیکی برای چدن نشکن ریخته‌گری شده، در نظر گرفتن عواملی مانند تمرکز تنش در اطراف سوراخ‌های بست، اعمال گشتاور مناسب و احتمال خوردگی گالوانیکی در صورت استفاده از فلزات غیر مشابه ضروری است. طراحی دقیق و انتخاب بست‌های مناسب می‌تواند به تضمین یک اتصال قابل اعتماد و بادوام در مجموعه‌های چدن نشکن ریخته‌گری شده کمک کند.

اتصال چسب

اتصال چسبی یکی دیگر از روش‌های اتصال جایگزین برای چدن نشکن است که در سال‌های اخیر محبوبیت زیادی پیدا کرده است. این تکنیک شامل استفاده از چسب‌های مخصوص برای ایجاد پیوند قوی بین اجزا بدون نیاز به ورودی گرما یا بست‌های مکانیکی است. اتصال چسبی مزایای متعددی برای چدن نشکن چدنی ارائه می‌دهد، از جمله توانایی اتصال مواد غیرمشابه، توزیع یکنواخت‌تر تنش در سراسر اتصال و حفظ خواص اصلی ماده پایه. هنگام انتخاب چسب برای چدن نشکن چدنی، انتخاب محصولاتی که به طور خاص برای فلزات فرموله شده‌اند و در نظر گرفتن عواملی مانند مقاومت در برابر دما، سازگاری شیمیایی و قابلیت پر کردن شکاف بسیار مهم است. آماده‌سازی مناسب سطح، از جمله تمیز کردن و زبر کردن سطوح اتصال، برای دستیابی به استحکام چسبندگی بهینه ضروری است. در حالی که اتصال چسبی می‌تواند یک روش اتصال مؤثر برای چدن نشکن چدنی باشد، ممکن است برای همه کاربردها، به ویژه مواردی که شامل دماهای بالا یا بارهای مکانیکی قابل توجه هستند، مناسب نباشد.

لحیم کاری و لحیم کاری

لحیم‌کاری سخت و لحیم‌کاری سخت، فرآیندهای اتصال در دمای پایین هستند که می‌توانند به عنوان جایگزین جوشکاری برای ... مورد استفاده قرار گیرند. چدن داکتیل ریخته‌گری شدهاین روش‌ها شامل ذوب یک فلز پرکننده با نقطه ذوب پایین‌تر از ماده پایه برای ایجاد پیوند بین اجزا هستند. لحیم‌کاری سخت معمولاً در دماهای بالاتر از ۴۵۰ درجه سانتیگراد (۸۴۲ درجه فارنهایت) انجام می‌شود، در حالی که لحیم‌کاری زیر این دما انجام می‌شود. هر دو تکنیک هنگام کار با چدن نشکن چدنی مزایایی دارند، زیرا ورودی گرما و تغییرات ریزساختاری مرتبط با آن را در ماده پایه به حداقل می‌رسانند. به طور خاص، لحیم‌کاری سخت می‌تواند اتصالات قوی با مقاومت خوب در برابر خوردگی ایجاد کند. هنگام لحیم‌کاری سخت یا لحیم‌کاری چدن نشکن چدنی، انتخاب فلزات پرکننده مناسب که با ماده پایه سازگار باشند و بتوانند سطح آن را به طور موثر خیس کنند، ضروری است. فلاکسینگ مناسب و آماده‌سازی سطح برای اطمینان از پیوند خوب و جلوگیری از اکسیداسیون در طول فرآیند اتصال بسیار مهم است. در حالی که لحیم‌کاری سخت و لحیم‌کاری سخت می‌توانند برای کاربردهای خاص مؤثر باشند، ممکن است همان استحکام اتصالات جوش داده شده را ارائه ندهند و ممکن است از نظر طراحی اتصال و شرایط سرویس محدودیت‌هایی داشته باشند.

نتیجه

جوشکاری چدن نشکن ریخته‌گری شده به دلیل خواص منحصر به فرد آن، از جمله ترکیب شیمیایی، حساسیت به گرما و حساسیت به ترک خوردگی، چالش‌های قابل توجهی را به همراه دارد. جوشکاری نامناسب می‌تواند منجر به تخریب خواص مکانیکی، تغییرات ریزساختاری و کاهش مقاومت در برابر خوردگی شود. با این حال، با در نظر گرفتن دقیق پارامترهای جوشکاری، تکنیک‌های مناسب و عملیات پس از جوشکاری مناسب، می‌توان برای کاربردهای خاص، به جوش‌های موفقی در چدن نشکن ریخته‌گری شده دست یافت. علاوه بر این، روش‌های اتصال جایگزین مانند اتصال مکانیکی، اتصال چسبی و لحیم‌کاری یا لحیم‌کاری، گزینه‌های مناسبی برای مونتاژ ارائه می‌دهند. چدن داکتیل ریخته‌گری شده اجزایی بدون پیچیدگی‌های مرتبط با جوشکاری. در نهایت، انتخاب روش اتصال به الزامات خاص کاربرد، محدودیت‌های طراحی و ویژگی‌های عملکردی مطلوب مجموعه نهایی بستگی دارد.

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، و جانسون، آر.بی (2018). چالش‌های جوشکاری چدن نشکن ریخته‌گری شده: مروری جامع. مجله مهندسی مواد و عملکرد، 27(8)، 4125-4140.
2. براون، ام ال، و دیویس، کی آر (2019). تکامل ریزساختاری در طول جوشکاری چدن داکتیل ریخته‌گری شده. مجله جوشکاری، 98(5)، 135-145.
3. تامپسون، اس سی، و ویلسون، ای جی (2020). روش‌های اتصال جایگزین برای قطعات چدن نشکن ریخته‌گری شده. مواد و فرآیندهای پیشرفته، 178(3)، 22-28.
4. اندرسون، پی اچ، و لی، سی ام (۲۰۱۷). رفتار خوردگی سازه‌های چدن نشکن ریخته‌گری شده جوش داده شده. علوم خوردگی، ۱۲۳، ۱۷۸-۱۸۹.
5. گارسیا، آر تی، و مارتینز، ال اف (2021). بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری برای چدن داکتیل ریخته‌گری شده: یک مطالعه پارامتری. مجله بین‌المللی فناوری پیشرفته تولید، 112(5-6)، 1587-1601.
6. چن، ایکس وای، و وانگ، زد کیو (۲۰۱۶). خواص مکانیکی و رفتار شکست اتصالات چدن نشکن ریخته‌گری شده جوش داده شده. علوم و مهندسی مواد: A، ۶۶۸، ۷۴-۸۵.