جوشکاری چدن با اینورتر (استارت نسل جدیدی از جوش دادن چدن)

چدن از عالی ترین آلیاژهای ریخته گری است. ترکیب شیمیایی این آلیاژ و وجود برخی عناصر اضافی در ساختار آن، جوشکاری چدن را تا حدی دشوار می سازد. استفاده از دستگاه های به روز و روش صحیح جوشکاری می تواند این مشکل را برطرف کند. امروزه، اینورترها به عنوان دستگاه های پربازده جوشکاری، انجام این عملیات را تسهیل نموده اند.
در جوشکاری چدن با اینورتر، کیفیت کار بسیار افزایش می یابد. گرچه جوش لیزر در مقایسه با اینورترها روشی دقیق تر و سریع تر برای جوشکاری این آلیاژ هستند؛ اما به دلیل حساسیت کارکرد آن، کاربری این دستگاه مهارت بالایی نیاز دارد؛ در حالی که استفاده از اینورترها کاربری ساده تری دارد.

ویژگی های دستگاه جوش اینورتر

اینورترها نسل جدیدی از دستگاه های جوشکاری با بهره گیری از تکنولوژی روز دنیا هستند. انرژی برق و حرارت بالای حاصل از این دستگاه ها، می تواند دو قطعه فلز را ذوب و به هم متصل کند. با توجه به اینکه بخش بزرگی از عملیات جوشکاری مربوط به آلیاژهای مختلف چدن است، جوشکاری چدن با اینورتر می تواند به سهولت روند کار کمک کند. مهم ترین مزایای اینورترهای جوشکاری عبارتند از:

• امکان استفاده از الکترودها و فیلرهای مختلف جوشکاری
• عدم آلودگی صوتی
• قابلیت کنترل جریان
• بازدهی بالا
• قابلیت حمل دستگاه به دلیل سبک بودن آن
• مصرف انرژی کم و صرفه جویی در هزینه ها
• امکان انجام سریع تر و بهتر عملیات جوشکاری
• قیمت مناسب

کاربرد چدن در صنعت

جوشکاری چدن با اینورتر در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. صنایعی چون خودرو، ریخته گری، راه آهن، کشتیرانی و ساختمان سازی برخی از این موارد کاربرد هستند. تنوع کاربری چدن به دلیل ویژگی های مکانیکی و ساختار شیمیایی این آلیاژ است. از مهم ترین ویژگی های آلیاژهای متنوع چدن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قابلیت بالای سیال شدن
• جذب ارتعاش بالا
• مقاومت در برابر ساییده شدن
• نقطه ذوب پایین
• انقباض کم در زمان انجماد

مهم ترین دلایل جوش دادن چدن

با توجه به ساختار متنوع آلیاژهای چدن، انجام تکنیک های جوشکاری و کیفیت انجام مراحل آن باید با دقت بالایی انجام شود. عملیات جوش دادن روی قطعات چدنی به دلایل زیر انجام می شود:

• رفع عیوب ریخته گری به منظور بهبود ویژگی های قطعات
• تعمیر قطعات شکسته، فرسوده یا خورده شده
• برطرف کردن عیوب حاصل از ماشینکاری نادرست قطعات

مراحل جوشکاری چدن با اینورتر

در جوشکاری چدن با اینورتر ممکن است به دلیل عدم مهارت در انجام کار، ترک خوردگی یا آسیب در قطعه ایجاد شود. برای قطعاتی با کاربری مهم، لازم است تا این فرایند توسط جوشکارهای حرفه ای انجام شود. جهت تولید با کیفیت یک قطعه جوش خورده ضروری است تا مراحل مختلف جوشکاری به ترتیب اولویت آن مورد توجه قرار گیرند:

• بررسی آلیاژ چدن
• تمیز کردن محل انجام جوشکاری
• کنترل گرمایش و سرمایش و انتخاب صحیح دما
• استفاده از روش جوشکاری مناسب

الکترود جوشکاری چیست؟

الکترودها مفتول هایی پوشیده شده با روکش های مختلف هستند. این پوشش ها می توانند انواع آلیاژهای آزبست، سلولز، آهک یا اکسید سدیم باشند. در جوشکاری چدن با اینورتر از انواع مختلف این الکترودها استفاده می شود. الکترودها در پر شدن فضای بین اتصالات جوشکاری نقش مهمی دارند.

ویژگی های الکترود جوشکاری چدن

جهت جوشکاری چدن ها از انواع مختلف الکترود استفاده می شود. مفتول های الکترود از جنس نیکل، قلع، برنز ، آلومینیوم یا فولاد نرم می باشند. اتصالات حاصل از الکترود جوشکاری چدن، جوش هایی با سه مشخصه زیر هستند:

• جوش هایی که تحت تنش قرار می گیرند. در این نوع جوش ها باید خواص مکانیکی مورد نظر در قطعه ایجاد شود.
• جوش هایی که در شرایط تنش قرار نمی گیرند. ویژگی مکانیکی این نوع جوش ها با قطعه مورد نظر قابل قیاس نیست.
• جوش هایی که مقاومت سطحی در برابر ترک، ساییده شدن یا خوردگی دارند. در این موارد از برش فلزات به صورت ویژه ای استفاده می شود.

9 روش مؤثر جهت جوشکاری چدن

جوشکاری چدن با اینورتر به دلیل استحکام بالای ساختار آن با محدودیت هایی همراه است. به همین دلیل، در موارد نادری برای اتصالات از این آلیاژ استفاده می کنند. تکنیک های مختلف جوشکاری باید با آلیاژ چدن انتخاب شده تناسب داشته باشند. از این رو نوع تناسب را در جوشکاری پلاسما (PAW) که یکی از با کیفیت ترین و دقیق ترین روش های جوشکاری است می شود با توجه به نوع کاربرد در صنایع مختلف از آن به شکل بهتری استفاده کرد.

1. جوشکاری چدن با co2

در جوشکاری چدن با CO2، انرژی لازم برای جوشکاری از طریق قوس الکتریکی تولید می شود. در این روش، CO2 به عنوان گاز محافظ مورد استفاده قرار می گیرد. این تکنیک علاوه بر جوشکاری چدن برای اتصال یا جوشکاری فلزات آهنی و فولاد معمولی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. اما جوشکاری co2 در ساخت و ساز ساختمان بزرگ کاربردی است. در خدمات جوشکاری co2 که توسط متخصصان انجام می شود، جریان الکتریکی ایجاد شده در سیم جوش تامین حرارت می کند و باعث ذوب فلز و اتصال می شود.

2. جوشکاری چدن با آرگون یا TIG

جوشکاری چدن با آرگون یا TIG از انواع جوشکاری قوس الکتریکی است. این تکنیک با استفاده از انواع گاز جوشکاری صورت می گیرد که شامل آرگون و کربن دی اکسید و گازهای ترکیبی در جوشکاری است. از این رو جوشکاری TIG به دلیل کیفیت بالای جوش، قابلیت اطمینان بالا و ایجاد جوش ظریف، در صنعت به طور گسترده ای کاربرد دارد.

3. جوشکاری چدن با برنج

یکی از روش های رایج جوشکاری چدن با برنج است. در این روش کمترین ضربه به فلز پایه زده می شود. آماده سازی قطعات چدنی در این روش همانند عملیات جوشکاری با سیم جوش چدنی است. در این روش بهتر است از پخ کردن درز قطعات چدنی با سنگ سمباده اجتناب کرد، زیرا این کار باعث عدم اتصال جوش به چدن می شود.

4. جوشکاری چدن با الکترود

جوشکاری چدن با الکترود به روش های مختلفی انجام می شود. در این عملیات با توجه به نوع کاربرد و هماهنگی رنگی مورد نیاز در قطعه، الکترودهای گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند:

• الکترودهای آلیاژ چدن
• الکترودهای آلیاژ مس
• الکترودهای آلیاژ نیکل

انتخاب الکترود جهت جوش چدن به آهن

انتخاب الکترود جهت جوشکاری چدن، با توجه به عوامل مختلفی چون آلیاژ چدن، نوع روش جوشکاری یا خواص مکانیکی مد نظر در اتصال جوش صورت می گیرد. به عنوان مثال، جوش چدن به آهن با استفاده از الکترود نیکل – آهن انجام می شود. این الکترود در جوشکاری هایی که مقاومت به خوردگی و درجه حرارت بالا حائز اهمیت است، کاربرد دارد.

الکترود جوش چدن خاکستری

یکی از انواع پرکاربرد چدن ها، چدن خاکستری است که در ساختار آن گرافیت بالایی وجود دارد. این ویژگی باعث می شود به دلیل ورود مقدار زیادی گرافیت به حوضچه مذاب، ساختاری ترد در فلز جوش ایجاد شود. به همین دلیل، روشی با ویژگی کمترین میزان ترکیب گرافیت با جوش مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از سیم جوش و الکترود هایی با استحکام پایین تر، بهترین روش جوشکاری چدن خاکستری معرفی می شود. از دیگر روش های جوشکاری این آلیاژ، استفاده از الکترودهایی با روکش نیکل است.

4 نکته مهم قبل از جوشکاری چدن

در پروسه جوشکاری چدن با اینورتر، توجه به نکات فنی عملیات، نقش مهمی در سطح مؤثر جوشکاری و افزایش کیفیت آن دارد. رعایت این نکات از ایجاد عیوبی چون ترک یا خوردگی در سطح جوش جلوگیری می کند. این نکات عبارتند از:

1. پیشگرم شدن
2. کاربرد الکترود با ضخامت کم
3. استفاده از پخ مناسب
4. استفاده از شدت جریان پایین و انرژی جوش کم

مراحل انجام جوشکاری چدن

چدن در مقایسه با فولاد جوش پذیری محدودتری دارد. به همین دلیل جوشکاری آن مستلزم مهارت و دقت بالایی است. در مراحل مختلف جوشکاری این آلیاژ، توجه به نکاتی چون استفاده از شدت جریان و انرژی کم، پیشگرم شدن، الکترود کم قطر و پخ مناسب می تواند بازدهی بالایی در نتیجه کار ایجاد کند. مراحل انجام جوش دادن چدن عبارت است از:

• مهیا کردن فلز پایه
• پیش گرم کردن قطعات چدنی
• مهیا نمودن محل جوشکاری
• گل میخی و ماهیچه گذاری
• چکش کاری
• انجام توالی پالس های جوشکاری
• وصله زنی
• گرم کردن قطعات چدنی در پایان جوشکاری
• گرم کردن قطعات جهت کاهش عناصر مضر

5. جوش استیک (MMA)

یکی از روش های جوشکاری چدن با اینورتر، جوشکاری استیک است. این روش با عنوان جوشکاری قوس فلزی محافظ نیز شناخته می شود. تولید گرما در این روش با استفاده از قوس تولید شده توسط جریان الکتریکی است. در این تکنیک جهت جوش دادن چدن از دو نوع الکترود بر پایه آلیاژ نیکل یا آهن استفاده می شود. آلیاژ نیکل الکترودها، شکل پذیری بیشتری در فلز جوشکاری ارائه می کند. ضمن اینکه، این آلیاژ نقش مهمی در به حداقل رساندن گرم شدن و ترک خوردگی HAZ (منطقه تحت تاثیر حرارت) دارد.

6. جوش اکسی استیلن

در این روش تامین گرمای مورد نیاز با استفاده از یک مشعل استیلن اکسی فراهم می شود. نکته مهم در این تکنیک جلوگیری از اکسید شدن چدن است. در غیر اینصورت، آهن سفید در سطح جوش ایجاد می شود.

میله های جوشکاری باید در استخر جوش داده شده ذوب شوند. این کار باعث کاهش حداقل شیب های دما می گردد.

7. جوشکاری برنز

در جوشکاری برنز جهت جوشکاری دو قطعه فلز از الکترودهای برنزی استفاه می شود. در این روش از جوشکاری چدن با اینورتر، اتصالات یا جوش ایجاد شده ساختاری محکم و دائمی دارند. به همین دلیل قطعات حاصله در برابر فرسایش و خوردگی بسیار مقاوم هستند.

8. جوشکاری با گاز محافظ خنثی یا GTAW

جوشکاری آرگون که به آن جوش ارگون هم القا می شود، نام اختصاری آن هم GTAW است. در روش GTAW جهت جوشکاری چدن به منظور برطرف کردن حفره های گازی حاصل از ریخته گری کاربرد دارد. فیلرهای مورد استفاده در این روش می توانند از جنس آهن، نیکل، آهن منگنز و چدن داکتیل باشند. اگر نیاز به خدمات جوشکاری آرگون دارید، می توانید به صفحه ضمیمه شده مراجعه کنید.

9. جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW)

در این روش از تکنیک هایی چون Current Pulsed (جریان پالسی) و Circuit Short (اتصال کوتاه) استفاده می گردد. در نتیجه بر فلز پایه حرارت کمی ایجاد می شود و تشکیل ساختار کاربید آهن و ایجاد ترک در منطقه HAZ کاهش می یابد.

نکات مهم پس از پایان جوش دادن چدن

با سرد شدن جوش و ایجاد تنش کششی، در محل انقباض حرارتی، ترک خوردگی هایی اتفاق می افتد. این نقص باید از طریق جوش هایی کوتاه جهت اتصال قسمت ریخته گری ترمیم شود. جوش دادن چدن مستلزم توجه به نکاتی است تا ایجاد تنش و ترک خوردگی به حداقل برسد. جهت کاهش احتمال ترک خوردگی می توان از تکنیک های زیر استفاده کرد:

• ایجاد فشار برای جلوگیری از تنش کششی
• استفاده از تکنیک Penning یا ضربات چکشی
• لایه برداری
• پیش گرم شدن
• کاهش امپر جوش چدن
• کنترل خنک کننده از طریق استفاده از مواد عایق بندی (به منظور کاهش روند سرد شدن) یا گرمای دوره ای

مشکلات رایج جوشکاری چدن

فلز چدن در تولید محصولات مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. شرکت های بزرگ تولید کننده این محصولات، با استفاده از دستگاه جوشکاری، به بهترین شکل قطعات مختلف این فلز را به یکدیگر متصل می کنند. با این حال، بروز برخی اشکالات در حین فرایند ممکن است تا حدی کیفیت محصول خروجی را کاهش دهد که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم.

تنش ایجاد شده از حرارت جوش

در فرایند جوشکاری چدن با اینورتر، گرم شدن و سرد شدن منطقه ذوب باعث ایجاد تنش حرارتی می شود. این همان انقباض و انبساطی است که به دلیل حرارت و سرد شدن منطقه جوش ایجاد می گردد. جهت جلوگیری از بروز این مشکل باید فلز پایه قابلیت تغییر فرم داشته باشد.

فراوانی بالای فازهای مضر

درصد زیاد عناصری چون اکسیژن و فسفر در آلیاژهای چدن ترکیبات فلزی سختی ایجاد می کند. حضور این عناصر در ترکیب چدن ها باعث افزایش احتمال ترک خوردگی پس از جوشکاری می شود.

اشکالات ناشی از ریخته گری

عیوبی چون ناخالصی های ماسه ای یا حفره های انقباضی در آلیاژهای مختلف چدن از ذوب شدن کامل آنها حین جوشکاری جلوگیری می کند. این ویژگی ها ترشوندگی سطحی فلز جوش بر سطح فلز پایه را نیز کاهش می دهند.

سخن پایانی

در عملیات جوشکاری چدن با اینورتر از روش ها و الکترودهای مختلفی برای پر کردن فضای بین اتصالات استفاده می شود. جهت ایجاد سطح جوشکاری مؤثر و باکیفیت، باید با توجه به نوع آلیاژ چدن، روش مناسب کار مورد استفاده قرار گیرد. توجه به نکات مهم قبل و بعد از جوشکاری چدن می تواند از ایجاد ترک و خوردگی در سطح جوش جلوگیری کند تا سطح کیفی جوشکاری افزایش یابد. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه جوشکاری می توانید با کارشناسان خیام لیزر در ارتباط باشید تا شما را در خصوص جوشکاری چدن راهنمایی کنند.

سوالات متداول

بعد از پایان جوش دادن چدن باید چیکار کنیم؟

با سرد شدن جوش و ایجاد تنش کششی، در محل انقباض حرارتی، ترک خوردگی هایی اتفاق می افتد. این نقص باید از طریق جوش هایی کوتاه جهت اتصال قسمت ریخته گری ترمیم شود. جوش دادن چدن مستلزم توجه به نکاتی است تا ایجاد تنش و ترک خوردگی به حداقل برسد. اطلاعات بیشتر در مورد نکات گفته شده در مقاله برایتان بیان شده است.

جوش چدن خاکستری چه ویژگی دارد؟

یکی از انواع پرکاربرد چدن ها، چدن خاکستری است که در ساختار آن گرافیت بالایی وجود دارد. این ویژگی باعث می شود به دلیل ورود مقدار زیادی گرافیت به حوضچه مذاب، ساختاری ترد در فلز جوش ایجاد شود. به همین دلیل، روشی با ویژگی کمترین میزان ترکیب گرافیت با جوش مورد استفاده قرار می گیرد.