الف . متالورژی
ب. ساختار منطقه جوش
پ. تاثیر عناصر آلیاژی روی فولاد و چدن
ت. آشنایی با استانداردهای طبقه بندی مواد مصرفی جوش
الف.متالورژی
علم مواد و متالورژی یکی از قدیمی ترین هنرها و جدیدترین فنونی است که قدمت آن به چند هزار سال پیش باز میگردد . متالورژی به عنوان یک هنر کهن , مورد توجه بیشتر تمدن های باستانی بوده است . شاید مصریان اولین قومی بودند که اصول متالورژی را فرا گرفتند . ایشان در بیش از 5000 سال پیش , فلزی را از کرانه ی مدیترانه استخراج کردند که در عین انعطاف پذیری , بسیار محکم و پایدار بود و چون آن را هدیه الهی می پنداشتند به آن نام Ba En Pet دادند .
متالورژی در اوایل قرن پانزدهم میلادی , به عنوان یک فن آوری جدید در اروپا رایج و در خدمت صنایع نظامی قرار گرفت . متالورژی از آن زمان تا آغاز قرن بیستم در علوم استخراج و ریخته گری خلاصه می شد , ولی در آغاز قرن بیستم با گسترش و تخصصی شدن فنونی همچون جوشکاری , ماشینکاری و ... در طیف گسترده ای از صنایع و فنون رایج و نیاز به آن در کلیه صنایع احساس شد .
متالورژی شامل سه گرایش اصلی است :
- متالورژی استخراجی
- متالورژی فیزیکی
- متالورژی مکانیکی
هر سه گرایش در بحث علم جوشکاری پارامتر تعیین کننده میباشد .
ب.ساختار منطقه جوش
اتصال جوش اغلب از نظر شیمیایی دارای غیر یکنواختی است و بصورت کامپوزیتی شامل 6 منطقه مشخص متالورژیکی است :
- منطقه ترکیبی
- منطقه مخلوط نشده
- مرز جوش
- منطقه ای که بطور جزئی ذوب شده است
- منطقه متاثر از حرارت
- فلز پایه که تحت تاثیر حرارت قرارگرفته است
انتخاب فلزات پر کننده توسط انجمن جوشکاری امریکا (AWS), انجمن مهندسین مکانیک امریکا (ASME), انستیتو پتروشیمی امریکا (API) بر پایه تامین جوش های عاری از ترک و انطباق خواص کششی فلز پایه و فلز پر کننده و خواص توزیع حرارتی ارائه شده است .
در سال 1904 میلادی یک سوئدی به نام اسکار شلبرگ (Oscar Kjellberg ) الکترود روکش دار را اختراع کرد که چون پایه گذار شرکت ایساب (ESAB) سوئد بود , الکترود های روکش دار اولیه بخصوص Stainless Steel را به این کمپانی نسبت میدهند . امروزه , آن را با علامت اختصاری OK که مخفف نام مخترع الکترود است , میشناسند .
یکی از مهمترین مباحث در علم متالورژی و همچنین فن جوشکاری , شناخت عناصر آلیاژی و تاثیر آن بروی فولاد , چدن و ... است . تاثیر عناصر آلیاژی بر فلزات , متفاوت است که اهم آن ها چنین بیان می شود :
پ.تاثیر عناصر آلیاژی روی فولاد و چدن
کربن ( C ) : این عنصر در نمودار آهن – کربن تاثیر بسیار در خواص مکانیکی فولاد و چدن دارد . استحکام فشاری , سختی و قابلیت سخت شدن فولاد را افزایش میدهد . در مقابل انعطاف پذیری و قابلیت جوشکاری را کاهش میدهد . افزایش مقدار کربن در جوشکاری فولاد های زنگ نزن علاوه بر افزایش استحکام , مقاومت در برابر خزش (Creep) به ویژه در درجه حرارت های بالا را افزایش میدهد . در مقابل کاهش مقدار کربن در جوشکاری فولادهای زنگ نزن خطر تشکیل کاربیدها و رسوب آن ها در مرز دانه ها و در نتیجه احتمال بروز خوردگی های بین دانه ای و ترک های ناشی از آن را به حداقل میرساند .
منگنز (Mn) : این عنصر اکسیژن زدا بوده و خواص مطلوبی در مقابل گوگرد و سولفور آهن از خود نشان میدهد که بسیار مفید است . منگنز قابلیت سخت شدن , چقرمگی و مقاومت در برابر سایش را افزایش میدهد و در مقابل قابلیت ماشینکاری را کاهش میدهد .
سیلیسیم ( Si ) : این عنصر خواص انعطاف پذیری , قابلیت جوشکاری و آهنگری کاهش میدهد و در مقابل سخت شده و سیالیت مذاب را افزایش میدهد .
گوگرد ( S ) : گوگرد در ترکیب با آهن , سولفور آهن ( FeS ) تولید میکند که اثر تخریبی آن در مرز دانه ها سبب بروز ترک میشود . گوگرد باعث کاهش چقرمگی فولاد میشود .
کروم ( Cr ) : این عنصر در فولاد سختی , استحکام , مقاومت در برابر سایش , خوردگی و مقاومت در برابر حرارت را بشدت افزایش میدهد در مقابل قابلیت جوشکاری را کاهش میدهد .
نیکل ( Ni ) : این عنصر چقرمگی , استحکام کششی , مقاومت به خوردگی و مقاومت در برابر حرارت را در فولاد افزایش و در مقابل باعث کاهش انعطاف پذیری میگردد .
کبالت ( Co ) : این عنصر سختی , مقاومت بر سایش و دوام برندگی را افزایش و در مقابل چقرمگی فولاد را کاهش میدهد .
مولیبدن ( Mo ): این عنصر باعث افزایش استحکام کششی , مقاومت به خزش را افزایش میدهد .
تنگستن ( W ) : این عنصر در فولاد سختی , استحکام , مقاومت در برابر خوردگی , حرارت , سایش و فرسایش را افزایش میدهد.
وانادیوم ( V ) : عنصر آلیاژی بسیار گران قیمت است که کاربید زا و جوانه زا بسیار قوی بشمار میرود و به دلیل ریز دانه کردن فولاد سختی آن را بشدت افزایش میدهد . این عنصر چقرمگی و دوام برندگی فولاد و چدن را نیز افزایش میدهد .
ت.آشنایی با استانداردهای طبقه بندی مواد مصرفی جوش
استانداردهای متفاوتی در کل دنیا برای طبقه بندی مواد مصرفی جوش وجود دارد . هر یک از کشورهای صنعتی استاندارد منطقه ای خود را دارند که با بقیه استاندارد ها مطابقت میکنند .
از جمله معروف ترین استانداردهای دنیا AWS امریکا , ASME امریکا , DIN آلمان , JIS ژاپن , BS انگلستان , NFA فرانسه , UNI ایتالیا ,GOST روسیه و ...
تقریبا در تمام کشورهای صنعتی و در حال توسعه , سعی شده تا الکترود , فیلر و پودرهای جوشکاری را استاندارد نمایند .با این وجود معروف ترین و پرکاربرد ترین استانداردها مربوط به امریکا خصوصا استاندارد AWS میباشد . جامعه اروپا پس از تشکیل اتحادیه , در دو دهه گذشته اقدام به تدوین استانداردها و طبقه بندی های مربوط به مواد مصرفی جوشکاری در محیط ISO نمود. این استاندارد که در بین جامعه صنعتی به EN معروف است که در واقع فصل بندی این استاندارد میباشد . مانند EN499 .
در کنار دو استاندارد معروف AWS و EN, استاندارد DIN آلمان در بین جامعه صنعتی ایران خصوصا در بخش مواد مصرفی جوش سخت لایه ساز , معروف است .
