نوعی فولاد پرقدرت برای ساخت قطعات سخت صنعتی فولاد mo40 است. برای جوش آن باید از الکترود ۶۰۱۳ آما یا سیم‌جوش Co2 آما استفاده کرد تا دوام بالا بماند. جوش باید آرام خنک شود تا ترک ایجاد نشود. در ادامه روش‌های استاندارد پیش‌گرمایش و سردکردن را توضیح می‌دهیم. بهتر است ادامه آموزش را در سایت بازرگانی ابراهیمی مطالعه کنید و مراحل را تمرین کنید.
فولاد mo40 چیست؟ شناسایی دقیق و کاربرد آن در صنعت
این فولاد یکی از فولادهای آلیاژی پرکاربرد در صنعت است و در استانداردهای جهانی با نام‌هایی مانند AISI 4140، 42CrMo4 و SCM440 شناخته می‌شود. ترکیب این فولاد از عناصری مانند کروم، مولیبدن و مقدار متعادلی از کربن ساخته شده است. این سه عنصر باعث بالارفتن مقاومت در برابر حرارت، سایش و فشار می‌شوند. وجود مولیبدن دوام فولاد را در برابر دما و فشار بالا زیاد می‌کند و کروم هم باعث افزایش مقاومت در برابر زنگ‌زدگی می‌شود.
در صنایع خودروسازی، نفت و گاز، ساخت ماشین‌آلات و حتی صنعت هوافضا، از این فولاد برای ساخت شفت‌ها، دنده‌ها، میل‌لنگ‌ها و قطعات تحت‌فشار زیاد استفاده می‌شود. این فولاد تحمل بالایی در برابر ضربه و فشار دارد و در کارهای سنگین صنعتی، یکی از گزینه‌های مطمئن است.فولاد MO40 یکی از گریدهای فولاد سمانته است.
ترکیب آلیاژی منحصربه‌فرد فولاد mo40 (AISI 4140) و معادل‌های آن
مقدار کربن آن بین ۰.۳۸ تا ۰.۴۳ درصد، کروم بین ۰.۹ تا ۱.۲ درصد و مولیبدن بین ۰.۱۵ تا ۰.۲۵ درصد است. این مقادیر، تعادلی میان سختی و انعطاف‌پذیری ایجاد می‌کنند و همین ویژگی‌ها موجب محبوبیت آن در صنایع بزرگ شده‌اند.
در کنار این عناصر، منگنز و سیلیسیم نیز وجود دارند که حدود ۰.۵ تا ۰.۷ درصد از ترکیب فولاد را تشکیل می‌دهند و باعث افزایش استحکام کششی می‌شوند. این فولاد در استانداردهای مختلف، با نام‌های متفاوتی شناخته می‌شود؛ برای نمونه در اروپا با نام 42CrMo4 و در ژاپن با عنوان SCM440 معرفی می‌شود، اما در واقع ترکیب و خواص آن‌ها بسیار مشابه است.
به دلیل همین ترکیب دقیق، این نوع فولاد یکی از پرکاربردترین فولادهای مقاوم در ساخت ماشین‌آلات پیشرفته و ابزارهای صنعتی به شمار می‌آید.
استحکام کششی بالا: خواص مکانیکی حیاتی فولاد mo40
این فولاد به‌خاطر مقاومت فوق‌العاده بالا در کشش و فشار معروف است. این فولاد در حالت عادی حدود ۸۵۰ تا ۱۰۰۰ مگاپاسکال (MPa) استحکام کششی دارد و پس از عملیات حرارتی، این مقدار می‌تواند تا حدود ۱۲۰۰ مگاپاسکال هم‌افزایش پیدا کند. سختی (Hardness) فولاد mo40 بعد از انجام عملیات کوئنچینگ و تمپرینگ به ۲۸ تا ۳۲ راکول سی (Rockwell C) می‌رسد. این میزان سختی، آن را به گزینه‌ای مناسب برای ساخت قطعاتی تبدیل کرده که تحت‌فشار زیاد یا ضربه قرار دارند.
همچنین این فولاد در برابر خستگی ناشی از استفاده طولانی‌مدت مقاومت بالایی دارد، به همین دلیل در بخش‌هایی مانند گیربکس و قطعات صنعتی سنگین استفاده می‌شود. باتوجه‌به همین ویژگی‌ها، این نوع فولاد انتخابی مطمئن برای صنایعی است که نیاز به قطعات محکم و قابل‌اعتماد دارند.
راهنمای گام‌به‌گام جوشکاری فولاد mo40: مراحل کلیدی و چالش‌های فنی
جوشکاری این فولاد به مهارت و دقت زیادی نیاز دارد، زیرا این فولاد در برابر تغییر دما و تحت‌فشار حساس است. کنترل حرارت پیش از جوش، انتخاب درست الکترود و تنظیم سرعت جوشکاری از عوامل تعیین‌کننده در کیفیت نهایی هستند. اگر این موارد رعایت نشوند، ممکن است ترک یا تغییر شکل در ناحیه جوش ایجاد شود.
در زمان جوشکاری باید تمام مراحل از تمیزکردن سطح فلز تا خنک‌سازی نهایی به‌صورت دقیق انجام شوند تا کیفیت بالایی حاصل شود. در ادامه، مهم‌ترین مراحل برای اجرای درست جوشکاری این نوع فولاد آورده شده است:
- کنترل دمای جوش و جلوگیری از سردشدن ناگهانی برای کاهش احتمال ترک
- استفاده از الکترودهای کم هیدروژن، مثل الکترود ۶۰۱۳ آما برای کاهش خطر عیوب سطحی
- رعایت دمای مناسب بین هر پاس جوش برای کنترل حرارت
- سردکردن تدریجی بعد از پایان کار تا تنش‌ها کاهش یابد
استانداردهای انتخاب الکترود و سیم‌جوش برای فولاد mo40 (E8018-B2 و E7018)
انتخاب الکترود یا سیم‌جوش مناسب یکی از مهم‌ترین مراحل جوشکاری این نوع فولاد است. الکترودهای نوع E7018 و E8018-B2 به دلیل داشتن خاصیت کم هیدروژن، برای این کار بهترین گزینه هستند. این نوع الکترودها از ایجاد ترک در ناحیه جوش جلوگیری می‌کنند و باعث استحکام بهتر جوش می‌شوند.
همچنین استفاده از سیم‌جوش ER80S-B2، به‌خاطر ترکیب مناسب شیمیایی‌اش، جوش تمیز و مقاومی ایجاد می‌کند. در روش قوسی گازی نیز، استفاده از سیم‌جوش Co2 آما به کاهش اکسیداسیون و بالارفتن کیفیت اتصال کمک می‌کند. نکته مهم در استفاده از این الکترودها این است که حتماً باید پیش از مصرف طبق استاندارد AWS پخته شوند تا رطوبتشان به صفر برسد.
جلوگیری از ترک‌خوردگی سرد با پیش‌گرمایش فولاد mo40 (نواحی ۲۰۰ الی ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد)
پیش‌گرمایش در جوشکاری فولاد mo40 یکی از مراحل اصلی است که از ترک‌خوردگی جلوگیری می‌کند. اگر فلز به‌اندازه کافی گرم نشود، هیدروژن می‌تواند در فلز گیر بیفتد و ترک‌های ریز ایجاد کند. دمای مناسب پیش‌گرمایش بر اساس ضخامت قطعه تعیین می‌شود؛ برای قطعات تا ۱۲ میلی‌متر دما بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد و برای قطعات ضخیم‌تر از ۲۵ میلی‌متر حدود ۲۵۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد مناسب است.
پس از انجام پیش‌گرمایش، باید اجازه داد تا خنک‌شدن هم به‌آرامی انجام شود. استفاده از پتوهای حرارتی برای کنترل نرخ خنک‌شدن باعث می‌شود تنش‌های داخلی کمتر شده و ساختار فولاد پایدار بماند. این کنترل هم در افزایش کیفیت نهایی تأثیر بسیار دارد.
سه روش اصلی جوشکاری فولاد mo40 و انتخاب تکنیک بهینه
برای جوشکاری این فولاد روش‌های متنوعی استفاده می‌شود. انتخاب بهترین روش به نوع قطعه و شرایط محیطی بستگی دارد. پیش از معرفی این روش‌ها، بهتر است بدانیم که هدف از انتخاب روش درست، ایجاد جوشی تمیز، مقاوم و عاری از ترک است. در ادامه سه روش اصلی معرفی می‌شود:
- جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) با استفاده از الکترودهای کم هیدروژن برای کاهش احتمال ترک
- جوشکاری گاز بی‌اثر تنگستن (TIG یا GTAW) برای دقت بالا در قطعات نازک و حساس
- جوشکاری گاز بی‌اثر فلزی (MIG یا GMAW) با کمک سیم‌جوش Co2 آما برای سرعت کار بیشتر در تولید صنعتی
تضمین کیفیت نهایی: عملیات حرارتی و بازرسی جوش‌های فولاد mo40
عملیات حرارتی و بازرسی فنی، مرحله پایانی جوشکاری این نوع فولاد محسوب می‌شوند. این مرحله برای اطمینان از استحکام، طول عمر و ایمنی قطعه اهمیت زیادی دارد. انجام عملیات حرارتی باعث کاهش تنش داخلی و بهبود ساختار فلز می‌شود و بازرسی دقیق، وجود هرگونه ترک یا نقص در جوش را مشخص می‌کند. موارد زیر از مهم‌ترین مراحل برای تضمین کیفیت نهایی هستند:
- اجرای عملیات حرارتی بادقت بالا برای کاهش تنش‌ها و افزایش دوام جوش
- استفاده از آزمون‌های غیرمخرب برای شناسایی نواقص پنهان در جوش
- بررسی کامل جوش بر اساس استانداردهای صنعتی و بین‌المللی برای تایید کیفیت نهایی
عملیات تمپرینگ (Tempering) پس از جوشکاری برای کاهش تنش‌های داخلی
در این فولاد عملیات تمپرینگ پس از جوشکاری اهمیت زیادی دارد. این کار برای آزادشدن تنش‌های درونی و افزایش استحکام فلز انجام می‌شود. دمای موردنیاز بین ۵۵۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد است. در این مرحله فولاد دوباره گرم می‌شود تا ساختار مولکولی آن پایدارتر گردد و شکل‌پذیری آن بهتر شود.
با اجرای دقیق تمپرینگ، فلز مقاومت بالاتری در برابر فشار و ضربه پیدا می‌کند و ماندگاری آن در کار طولانی‌تر خواهد شد. به همین دلیل در بیشتر پروژه‌های صنعتی، تمپرینگ پس از جوشکاری فولاد mo40 به‌عنوان یک مرحله الزامی انجام می‌شود.
شناسایی عیوب پنهان: معرفی آزمون‌های غیرمخرب (NDT) جوش فولاد mo40
برای اطمینان از کیفیت جوش این فولاد، باید آزمون‌های غیرمخرب به‌صورت دقیق انجام شوند. این بررسی‌ها کمک می‌کنند بدون آسیب‌زدن به قطعه، عیب‌های داخلی و سطحی شناسایی شود. چند روش مهم برای کنترل کیفیت جوش در این مرحله عبارت‌اند از:
- تست مایع نافذ (PT) برای پیداکردن ترک‌ها و سوراخ‌های سطحی
- تست فراصوتی (UT) برای بررسی لایه‌های درونی فلز
- تست مغناطیسی (MT) برای کشف ناپیوستگی‌های نزدیک به سطح
- تست رادیوگرافی (RT) برای مشاهده دقیق عیوب عمیق در جوش
جمع‌بندی
فولاد mo40 به دلیل ساختار خاصش در هنگام جوشکاری چالش‌برانگیز است. اگر پیش‌گرمایش انجام نشود یا خنک‌سازی ناگهانی باشد، احتمال ترک در فلز زیاد می‌شود. در مقاله آموختیم که دمای مناسب برای قطعه‌های ضخیم حدود ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد است. الکترود ۶۰۱۳ آما و سیم‌جوش Co2 آما بهترین گزینه‌ها برای کاهش هیدروژن و حفظ استحکام‌اند. پس از جوشکاری، استفاده از تمپرینگ در بازه ۵۵۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد ساختار فولاد را پایدار نگه می‌دارد. نتیجه این روش، جوشی مقاوم و عمر طولانی‌تر قطعه است. توصیه می‌شود همیشه از الکترود خشک و پخته استفاده شود تا رطوبت باعث شکستگی نشود. برای دیدن دیگر مقالات آموزشی و دریافت مشاوره تخصصی، وب‌سایت بازرگانی ابراهیمی را دنبال کنید.
سؤالات متداول
1.آیا می‌توان این فولاد را بدون پیش‌گرمایش جوش داد؟
خیر، چون این فولاد در برابر ترک سرد حساس است. باید پیش از جوش، دما به ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد تا ساختار داخلی پایدار بماند.
2. چه نوع الکترودی برای جوشکاری این فولاد مناسب‌تر است؟
الکترودهای کم هیدروژن مانند E7018 یا E8018 بهترین گزینه‌اند. آن‌ها از نفوذ رطوبت و ترک‌های هیدروژنی در ناحیه جوش جلوگیری می‌کنند و جوش یکنواختی می‌سازند.
3. سیم‌جوش ER80S-B2 چه ویژگی خاصی دارد؟
این سیم دارای کروم و مولیبدن است و جوشی مقاوم در برابر حرارت ایجاد می‌کند. علاوه‌برآن، درصد پایین هیدروژنش از ترک‌خوردن جلوگیری می‌کند.
