بسیاری از کاربران در زمان جوشکاری چدن با مشکلاتی مثل ترک‌خوردگی و شکستگی روبه‌رو می‌شوند. دلیل اصلی این مشکل، انتخاب نادرست ابزار و کنترل نامناسب حرارت است.
برای جلوگیری از این موارد باید از روش‌های تخصصی استفاده کرد. راه‌حل روشن است: به‌کارگیری الکترود چدن آما یا سیم جوش توپودری آما همراه با پیش‌گرم مناسب و سرمایش کنترل‌شده. این روش ساده اما دقیق، همان مسیری است که جوشکاران حرفه‌ای توصیه می‌کنند.
جوشکاری چدن به زبان ساده؛ چرا این فلز متفاوت است؟
چدن یک آلیاژ آهن است که مقدار کربن آن بین 2 تا 4 درصد است. این مقدار تقریبا ده برابر بیشتر از فولاد است و همین تفاوت باعث می‌شود چدن در برابر گرما رفتار دیگری داشته باشد. در زمان جوشکاری چدن، کربن وارد بخش جوش یا ناحیه‌ای می‌شود که تحت تاثیر حرارت است و همین موضوع آن بخش را ترد و شکننده می‌کند.
در نتیجه احتمال ترک خوردن پس از سرد شدن بالا می‌رود. در ترکیب چدن علاوه بر آهن و کربن، موادی مثل منگنز، سیلیسیم، نیکل و مس هم وجود دارد که باعث استفاده گسترده آن در صنعت شده است. با این حال، جوشکاری آن نیازمند دقت زیادی است، چون کوچک‌ترین خطا می‌تواند باعث شکستن قطعه شود.
چالش‌های اصلی در جوشکاری چدن و عوامل ایجاد ترک
چدن بر خلاف فولاد، انعطاف کمتری دارد و همین باعث می‌شود در برابر تغییر ناگهانی دما به راحتی ترک بخورد. ترک‌ها معمولا زمانی به وجود می‌آیند که ناحیه جوش خیلی سریع سرد شود. برای جلوگیری از این مشکل، گرمایش و سرمایش باید کنترل‌شده باشد.
نقش کربن و گرافیت در تردی فلز
کربن در بیشتر انواع چدن به شکل گرافیت دیده می‌شود. در چدن خاکستری، گرافیت به صورت پولک‌های ریز وجود دارد و باعث کاهش مقاومت کششی می‌شود. وقتی حرارت جوشکاری بالا می‌رود، این گرافیت می‌تواند به ساختاری سخت به نام مارتنزیت تبدیل شود. مارتنزیت بخش جوش را شکننده می‌کند و احتمال شکست را بالا می‌برد. به همین دلیل مدیریت درست کربن و گرافیت در جوشکاری چدن اهمیت زیادی دارد.
تفاوت جوشکاری چدن با فولاد
مقدار کربن در فولاد کمتر از 2 درصد است و همین موضوع باعث انعطاف‌پذیری آن می‌شود. فولاد هنگام گرم و سرد شدن می‌تواند تغییر شکل را تحمل کند، اما چدن چنین خاصیتی ندارد و خیلی زود ترک می‌خورد. به همین دلیل، در فولاد می‌توان از روش‌های ساده‌تر برای جوشکاری استفاده کرد، در حالی که در جوشکاری چدن باید پیش‌گرم و سرد شدن آرام رعایت شود. این تفاوت اصلی باعث می‌شود کار روی چدن نیازمند تجربه و مهارت بیشتری باشد.
روش‌های جوشکاری چدن و کاربرد هر کدام
برای جوشکاری چدن روش‌های مختلفی وجود دارد و هرکدام در شرایط خاصی استفاده می‌شوند. انتخاب روش درست به نوع چدن، محل شکستگی یا ترک و نتیجه‌ای که از قطعه انتظار داریم بستگی دارد. در ادامه به مهم‌ترین روش‌ها اشاره می‌شود:
- جوشکاری قوسی دستی (MMA/SMAW)
این روش بیشترین کاربرد را دارد. اگر از الکترود مناسب مثل نیکل استفاده شود، جوش مقاوم‌تری ایجاد می‌شود. بیشتر تعمیرهای کوچک با این روش انجام می‌شوند. - جوشکاری TIG و محدودیت‌های آن
این روش جوش تمیز و دقیقی ایجاد می‌کند، اما چون حرارت را روی نقطه کوچکی متمرکز می‌کند، احتمال ترک بیشتر است. به همین دلیل بیشتر برای کارهای ظریف استفاده می‌شود. - جوشکاری با گاز اکسی‌استیلن (Oxy-Acetylene)
در این روش حرارت به‌تدریج پخش می‌شود و احتمال ترک کمتر است. با این حال باید قطعه تا حدود 600 درجه سانتی‌گراد پیش‌گرم شود. - لحیم‌کاری سخت (Braze Welding) در تعمیرات
در این شیوه فلز اصلی ذوب نمی‌شود و فقط فلز پرکننده روی سطح می‌نشیند. این کار باعث می‌شود تغییر ساختار چدن کمتر باشد. این روش برای قطعاتی به کار می‌رود که فشار زیادی را تحمل نمی‌کنند.
انتخاب فرایند مناسب برای پروژه‌های صنعتی
برای اینکه بهترین روش جوشکاری چدن انتخاب شود باید چند نکته در نظر گرفته شود:
- نوع چدن و مقدار کربن آن
- اندازه قطعه و میزان تحمل حرارت
- محل شکست یا ترک و نیاز نهایی به استحکام
- وجود تجهیزات مناسب و نوع الکترود مورد استفاده
انتخاب الکترود و سیم جوش مناسب برای جوشکاری
یکی از مراحل مهم در جوشکاری چدن، انتخاب الکترود و سیم مناسب است. استفاده از الکترود چدن آما یا سیم جوش توپودری آما کیفیت جوش را بهتر می‌کند. این مواد به گونه‌ای ساخته شده‌اند که خطر ترک خوردن را پایین می‌آورند. الکترود نیکل خالص و ترکیبی جوشی نرم و مقاوم ایجاد می‌کنند و پس از جوشکاری می‌توان روی آن ماشین‌کاری انجام داد. الکترود نیکل-آهن برای اتصال چدن به فولاد یا تعمیر قطعات ضخیم مناسب است.
سیم جوش توپودری اما با ترکیب خاص خود، جوش‌پذیری بالایی دارد و به دلیل نفوذ کم کربن، خطر شکستگی کاهش پیدا می‌کند. این سیم برای قطعاتی که باید مقاومت زیادی داشته باشند استفاده می‌شود. کاربرد درست این مواد، به‌ویژه الکترود چدن آما، علاوه بر افزایش کیفیت جوش، هزینه تعمیرات آینده را هم کاهش می‌دهد.
الکترود نیکل خالص و ترکیبی
الکترود نیکل خالص باعث ایجاد جوشی نرم می‌شود که می‌توان به راحتی آن را ماشین‌کاری کرد. این ویژگی در ساخت قطعات موتور یا تجهیزات دقیق اهمیت دارد. ترکیب نیکل و آهن نیز جوشی مقاوم ایجاد می‌کند و در جاهایی که فشار زیادی وجود دارد، کاربرد دارد.
سیم جوش توپودری و مزیت‌های آن
سیم جوش توپودری آما به دلیل پودر موجود درون آن، جوش پایدار و مقاومی ایجاد می‌کند. این سیم برای اتصال قطعات ضخیم یا بخش‌هایی که فشار زیادی دارند مناسب است. همچنین زمان جوشکاری را کم می‌کند و بهره‌وری کار را بالا می‌برد.
مراحل آماده‌سازی و کنترل حرارتی در جوشکاری چدن
برای اینکه جوشکاری چدن موفق باشد، آماده‌سازی درست سطح و مدیریت حرارت اهمیت زیادی دارد. اگر این مراحل به‌خوبی انجام نشوند، احتمال شکست جوش زیاد می‌شود.
پیش‌گرم کردن و دمای بهینه
پیش‌گرم کمک می‌کند اختلاف دما بین بخش جوش و دیگر قسمت‌های قطعه کمتر شود. دمای مناسب پیش‌گرم معمولا بین 100 تا 400 درجه سانتی‌گراد است. این دما به نوع چدن و ضخامت آن بستگی دارد. پیش‌گرم درست احتمال ایجاد ترک پس از جوشکاری را کم می‌کند.
تکنیک‌های سرمایش کنترل‌شده بعد از جوش
پس از پایان کار، قطعه نباید سریع خنک شود. خنک شدن با آب یا هوا ترک‌ها را بیشتر می‌کند. بهترین روش این است که قطعه را در شن خشک یا زیر پتوی نسوز قرار دهند تا به آرامی سرد شود.
فرایند پینینگ (Peening) برای کاهش تنش
پینینگ روشی است که در آن با چکش سبک، ضربه‌های آرامی به جوش زده می‌شود. این کار تنش‌های داخلی را کاهش می‌دهد و احتمال ترک کمتر می‌شود. این روش برای جوش‌های نرم مثل نیکل مناسب است.
جمع‌بندی
جوشکاری چدن یعنی وصل کردن فلز چدن، که شکننده و حساس است. نقش کربن و گرافیت تفاوت اصلی چدن با فولاد را مشخص می‌کند و همین ویژگی باعث می‌شود انتخاب روش و ابزار مناسب بسیار حیاتی باشد. روش‌های مختلفی برای جوشکاری چدن وجود دارد، از جمله TIG و جوشکاری با گاز اکسی‌استیلن. هر روش مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد و باید بر اساس نیاز انتخاب شود.
استفاده از الکترود چدن آما یا سیم جوش توپودری آما به‌عنوان مواد مصرفی، کیفیت جوش را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. یادگیری صحیح این مراحل به شما کمک می‌کند تا اتصالات مقاوم و با دوام ایجاد کنید.برای مشاهده آموزش‌های عملی و دریافت نکات تخصصی بیشتر، ادامه مطلب را در وب‌سایت بازرگانی ابراهیمی دنبال کنید.
سوالات متداول
1.آیا استفاده از الکترود نیکل هزینه زیادی دارد؟
بله الکترود نیکل خالص گران‌تر است؛ اما جوشی نرم و قابل ماشین‌کاری ایجاد می‌کند که در تعمیرات صنعتی ارزش بالایی دارد.
2.فرایند پینینگ چگونه به کاهش ترک کمک می‌کند؟
با ضربه‌های سبک چکش، تنش‌های داخلی جوش کاهش پیدا می‌کنند. این روش بیشتر در جوش‌های نرم مانند نیکل موثر است.
3.جوشکاری TIG چه محدودیت‌هایی برای چدن دارد؟
تمرکز شدید حرارت در این روش تنش زیادی ایجاد می‌کند. به همین دلیل خطر ترک بالا است و معمولا فقط برای کارهای ظریف استفاده می‌شود.
