یک جوشکار مبتدی معمولاً با بررسی ظاهرِ جوش تنها به حضور عیوبی مانند سوختگی کنار جوش[۱]، پرنشدگی درز اتصال، ذوب اضافی، پهنای زیاد یا کم، پاشش زیاد و آخال‌ها و تخلخل‌های نمایان در سطح جوش پی می‌برد. اما عیوب و هندسه جوش در اعماق فلز نیز اهمیت ویژه‌ای در تعیین سلامت و تخمین استحکام آن دارد. شکل ۱۲ هندسه یا پروفیل جوش شیاری را نشان می‌دهد. بخشی از فلز پایه (BM[2]) که در اثر حرارت ورودی ذوب می‌شود را فلز جوش (WM[3]) می‌نامند. انتقال حرارت باعث افزایش دمای مناطق دیگری از فلز پایه نیز می‌شود. این حرارت در منطقه‌ای مجاور فصل مشترک جوش (شماره ۹) آن‌قدر زیاد است که می‌تواند دانه‌بندی و ریزساختار فلز پایه را تغییر دهد. به همین دلیل به این منطقه، منطقه متأثر از حرارت (HAZ[4]) گفته‌می‌شود. یکی از تأثیرات شایعِ حرارت در HAZ رشد دانه است که باعث افت خواص مکانیکی در این منطقه می‌شود. برای مثال قطعاتی که با روش جوشکاری زیرپودری (SAW) جوش داده‌می‌شوند مستعدِ شکست در HAZ هستند، چراکه حرارت ورودی در این روش بسیار بالا است و می‌تواند یک HAZ وسیع با دانه‌های درشت ایجاد کند.
شکل ۱۲. شماتیکی از سطح مقطع جوش شیاری.
پدیده ترد شدن (خشکه شدن) فولادهای پرکربن نیز مثالی دیگر از تغییرات ریزساختاری است. این فولادها مستعد تشکیل ریزساختارِ سخت و تردِ مارتنزیت هستند. افزایش سرعت سرد شدن باعث تشکیل مقدار قابل توجهی مارتنزیت در WM و HAZ می‌شود و قطعه نهایی را ترد و شکننده می‌نماید. بنابراین پیشنهاد می‌شود که بعد از جوشکاری از سرد کردن این فولادها در آب خودداری گردد.
بازرسِ جوش و جوشکارِ با تجربه می‌توانند با بررسی چشمی به وضعیت جوش در اعماق قطعه پی ببرد. بررسی پارامترهای فرآیند (مانند جریان الکتریکی و فشار گاز)، روند جوشکاری (مانند طول قوس و ظاهر شعله) و ظاهر جوش نهایی (مانند نظم هم‌پوشانی قطرات منجمدشده) می‌تواند تا حدودی به آن‌ها کمک کند. برای ارزیابی می‌توان از آزمون‌های غیرمخرب[۵] مانند روش رادیوگرافی (RT[6]) و روش فراصوتی (UT[7]) نیز استفاده کرد. اما برای تهیه تصاویری مشابه شکل ۱۲ باید سطح مقطع جوش پولیش و حکاری[۸] شود. در این روش ابتدا نمونه برش می‌خورد، سپس سطحِ برش‌خورده با کمک سنباده و نمدهای پولیش صیقلی می‌گردد، و در نهایت در اسیدهای رقیق‌شده حکاری یا در اصطلاح «اچ» می‌شود. حکاری باعث می‌شود که فصل مشترک‌های بین WM، HAZ و BM نمایان‌تر شوند.
ابعادِ فلز جوش (WM) نقشی تعیین‌کننده در میزان استحکام جوش دارند. عمق جوش[۹] (اندازه ۱) مشخص می‌کند که هر پاسه جوش چه عمقی از درز اتصال را پر می‌کند. هر چه عمق جوش کم‌تر باشد، سطح مؤثرِ تحملِ بار کاهش می‌یابد و در نتیجه جوش تنش‌های کم‌تری را می‌تواند تحمل می‌کند. علاوه بر این، پر کردن ناقص درز اتصال باعث ایجاد محل‌های تمرکز تنش می‌شود که نتیجه آن کاهش مقاومت قطعه به‌خصوص در برابر تنش‌های خمشی است. به‌عنوان مثالی دیگر، هرچه نسبت ارتفاع گرده جوش[۱۰] (اندازه ۳) به پهنای جوش[۱۱] (اندازه ۲) بیش‌تر شود، پنجه جوش[۱۲] (شماره ۱۰) تیزتر خواهد شد و در نتیجه تمرکز تنش در آن افزایش می‌یابد.
شکل ۱۳ و شکل ۱۴ ابعاد مهم فلز جوش را در جوش نبشی و جوش ناشی از جوشکاری مقاومتی نشان می‌دهند. اندازه جوش[۱۳] مهم‌ترین بعدِ فلز جوش است که از آن در محاسبات طراحی جوش استفاده می‌شود. برای جوش شیاری، نبشی و مقاومتی به‌ترتیب عمق جوش (اندازه ۱)، ساق جوش[۱۴] (اندازه ۱۳) و قطر دکمه جوش[۱۵] (اندازه ۱۷) را به‌عنوان اندازه جوش در نظر می‌گیرند. برای مثال اگر میزان نیروی وارده حین کار (F) و همچنین استحکام جوش (σ) مشخص باشد، می‌توان با تقسیم نیرو بر استحکام، سطح جوش مورد نیاز را به‌دست آورد (Atotal = F/σ). حال باتوجه به قطر دکمه جوش (dnugget)، مساحت مؤثر هر دکمه جوش به‌دست می‌آید (Anugget = πd2/4). با تقسیم سطح جوش مورد نیاز بر مساحت مؤثر هر دکمه جوش، می‌توان تعداد دکمه جوش مورد نیاز را به‌دست آورد.
شکل ۱۳. شماتیکی از سطح مقطع جوش نبشی.
شکل ۱۴. شماتیکی از سطح مقطع جوش حاصل از فرآیند جوشکاری مقاومتی.
| مطالعه بیش‌تر
الف- در مورد اهمیت هر یک از ابعاد جوش بحث نمایید. ۱- عمق جوش، ۲- پهنای جوش، ۳- ارتفاع گرده جوش، ۴- نفوذ اضافه در ریشه جوش (Excessive root penetration)، ۵- عمق پخ (Groove depth)، ۶- سطح یا رویه ذوب/پخ (Groove/fusion face)، ۷- پاشنه پخ (Root face)، ۸- سطح یا رویه جوش (Weld face)، ۹- فصل مشترک جوش (Weld interface)، ۱۰- پنجه جوش، ۱۱- عمق ذوب (Depth of fusion)، ۱۲- ریشه جوش (Weld root)، ۱۳- ساق جوش، ۱۴- گلوگاه یا گلویی جوش واقعی (Actual throat)، ۱۵- گلوگاه جوش مؤثر (Effective throat)، ۱۶- گلوگاه جوش نظری (Theoretical throat)، ۱۷- قطر دکمه جوش (Diameter of weld nugget) یا پهنای نوار جوش (Weld-seam width). ب- روابط لازم برای محاسبه اندازه مناسبِ جوشِ شیاری و نبشی در سازه‌های مختلف را بیابید. |
[۱] . Undercutting
[۲] . Base Metal
[۳] . Weld Metal
[۴] . Heat-Affected Zone
[۵] . Nondestructive testing (NDT)
[۶] . Radiographic Testing
[۷] . Ultrasonic Testing
[۸] . Etching
[۹] . Weld depth
[۱۰] . Reinforcement
[۱۱] . Weld width
[۱۲] . Weld toe
[۱۳] . Weld size
[۱۴] . Weld leg
[۱۵] . Weld nugget
منبع: کتاب کارگاه جوشکاری و ورق‌کاری دکتر مسعود فکوری حسن‌آبادی
توجه: با درج ایمیل معتبر حین خرید، ویرایش‌های بعدی این کتاب را به رایگان دریافت خواهید نمود.