چدن یکی از سختترین فلزاتی است که میتوان روی آن جوشکاری انجام داد. حتی جوشکاران باتجربه هم گاهی با شکست جوش روی چدن مواجه میشوند؛ چون این فلز به دلیل ساختار داخلیاش، حتی با بهترین تکنیک و دمای مناسب هم ممکن است ترک بخورد. یکی از مهمترین عوامل موفقیت در این کار، انتخاب درست الکترود جوشکاری چدن است؛ انتخابی که مستقیماً روی استحکام، انعطافپذیری و مقاومت جوش در برابر ترکخوردگی اثر میگذارد.
چدن با ریختن آهن مذاب (چدن خام حاصل از کوره بلند) در قالب و سرد کردن آن به شکل یک قطعه یکپارچه تولید میشود. به همین دلیل، جوشکاری روی چدن معمولاً برای تعمیر قطعات ترکخورده انجام میشود، نه ساخت قطعه جدید. در این مقاله، ابتدا دلایل دشواری جوشکاری چدن را بررسی میکنیم و سپس بهطور کامل به انواع الکترود جوشکاری چدن، کاربرد هرکدام و روش صحیح اجرای جوش میپردازیم.
پیش از رفتن سراغ انتخاب الکترود جوشکاری چدن، باید بدانید چرا این فلز اینقدر مستعد ترکخوردگی است. سه عامل اصلی در این موضوع نقش دارند:
کربن چدن معمولاً بهصورت «کربن آزاد» یا گرافیت وجود دارد. در حین جوشکاری، این کربن آزاد به داخل جوش و منطقه متأثر از حرارت (HAZ) نفوذ کرده و کاربید آهن (سمنتیت) تشکیل میدهد. سمنتیت ترکیبی از آهن و کربن است که در حالت خالص، شبیه سرامیک رفتار میکند؛ سخت، ترد و تقریباً بدون انعطاف. تشکیل این کاربیدها یکی از اصلیترین دلایل ترکخوردن جوش چدن است، و همین موضوع باعث میشود انتخاب الکترود جوشکاری چدن با درصد نیکل مناسب، اهمیت زیادی پیدا کند.
داکتیلیتی یعنی توانایی فلز برای تغییر شکل بدون شکستن. چدن به دلیل کربن بالا، فلزی سخت اما ترد است؛ یعنی پیش از آنکه خم شود، میشکند. وقتی روی چدن سرد جوشکاری میکنید، منطقهای با حرارت بسیار بالا ایجاد میشود که هنگام سرد شدن منقبض میشود. چون چدن نمیتواند مثل فولاد ساده همراه با این انقباض «حرکت» کند، ترکخوردگی رخ میدهد. این ترکها معمولاً در منطقه متأثر از حرارت یا در ریشه جوش دیده میشوند، نه در خود جوش.
| نام محصول | استاندارد AWS | نوع مغزی | کاربرد تخصصی |
|---|---|---|---|
| AMA 1012G | E St | فولادی | مناسب برای پر کردن حفرات ریختگی و اتصالات معمولی؛ فاقد قابلیت تراشکاری. |
| AMA 1094Mo | ~E Ni-CI | نیکل - مولیبدن | ایدهآل برای لایههای مقاوم به سایش و بازسازی قطعات فرسوده صنعتی. |
| AMA 1094Ni | E Ni-CI | نیکل خالص | جوشکاری چدنهای خاکستری با قابلیت ماشینکاری عالی و تنشپذیری بالا. |
| AMA 1094NiFe | E NiFe-CI | نیکل - آهن | مخصوص چدنهای داکتیل (نشکن) و اتصالات حساس چدن به فولاد با استحکام بالا. |
گردآوری فنی: مجموعه آموزشی Weldskill
در فرآیند تولید چدن، معمولاً فلزات قراضه و آلیاژهای مختلفی مانند منگنز، سیلیسیم، کروم، نیکل، مس و مولیبدن به آن اضافه میشود. همچنین سطح بالای فسفر و گوگرد در چدن باعث میشود این فلز بهطور ذاتی «کثیف» باشد. اگر قطعه در معرض روغن قرار داشته باشد (مثل بلوک موتور)، جوشکاری باز هم دشوارتر میشود چون آلودگیهای داخلی حین ذوب شدن به سطح میآیند و باعث تخلخل و ضعف جوش میشوند.
پیش از جوشکاری، باید مطمئن شوید قطعه واقعاً چدن است، نه چدن فولادی یا آلومینیومی. چند روش ساده برای تشخیص وجود دارد.
مرحله ۱ روشهای تشخیص چدن
چدن معمولاً خاکستری با تهرنگ نقرهای است؛ روشی که چندان قابلاعتماد نیست.
اعتماد پایینگرافیت موجود در چدن ساختار دانهای خاکستری و پولکی ایجاد میکند.
اعتماد متوسط تا بالاچدن هنگام متهکاری برادههای تیره و گرافیتی تولید میکند؛ فولاد براده براق و مارپیچ میدهد.
اعتماد بالاجرقه چدن تا انتهای مسیر تقریباً نامرئی است و روشنایی در انتها ظاهر میشود؛ برخلاف فولاد که جرقه نارنجی و یکنواخت دارد.
اعتماد بالاپس از یک تکجوش کوتاه (تک) روی چدن، سطح آنقدر سخت میشود که سوهان روی آن نمیگیرد.
اعتماد بالامرحله ۲ پس از تأیید چدن بودن، نوع آن را مشخص کنید
فاقد گرافیت، بسیار ترد
عملاً جوشناپذیررایجترین نوع، مستعد سختی در منطقه جوش
جوشپذیر با احتیاطگرافیت به شکل ندول، انعطافپذیری بالاتر
جوشپذیری بهترچدن سفید عملیاتحرارتیشده
جوشپذیر تا دمای مشخص
جوشکاری قوسی الکترود دستی (Stick) معمولاً بهترین نتیجه را روی چدن میدهد؛ چون امکان کنترل دقیق حرارت و سرعت پیشروی بالا را فراهم میکند و از ذوب بیش از حد فلز پایه جلوگیری میکند. انتخاب صحیح الکترود جوشکاری چدن، مهمترین تصمیمی است که کیفیت نهایی جوش را رقم میزند. دو خانواده اصلی الکترود جوشکاری چدن عبارتاند از:
این الکترود جوشکاری چدن یکی از بهترین گزینهها برای رسیدن به جوشی انعطافپذیر و مقاوم در برابر ترک است. درصد بالای نیکل باعث میشود جوش نرمتر و کمتر مستعد ترکخوردگی باشد، هرچند قیمت آن نسبت به سایر الکترودها بالاتر است. برای قطعاتی که قرار است بعداً ماشینکاری شوند، این نوع الکترود جوشکاری چدن گزینه اول است.
این نوع نسبت به الکترود خالص نیکلی انعطاف کمتری دارد، اما همچنان احتمال ترکخوردگی را بهخوبی کاهش میدهد و به دلیل وجود آهن، استحکام جوش را افزایش میدهد. برای تعمیرات کوچکتر که نیاز به همرنگی با فلز پایه دارند، این الکترود جوشکاری چدن گزینه اقتصادیتری است.
نکته مهم: هرچه درصد نیکل الکترود کمتر باشد، احتمال تشکیل کاربید آهن بیشتر است؛ بنابراین در انتخاب الکترود جوشکاری چدن باید تعادلی بین استحکام موردنیاز، بودجه و نیاز به ماشینکاری برقرار کنید.
جوشکاری فلاکسکور FluxCore روی چدن معمولاً برای تعمیرات دستی توصیه نمیشود و بیشتر در جوشکاری اتوماتیک قطعات ضخیم کاربرد دارد. برازینگ نیز گزینهای مناسب برای آببندی ترکهای کوچک است، نه اتصالات تحت بار؛ چون فلز پایه ذوب نمیشود و کربن وارد جوش نمیشود، اما استحکام اتصال پایینتر از جوشکاری واقعی است.
پیش از جوشکاری، باید سطح چدن را از رنگ، زنگ، روغن و گریس کاملاً پاک کنید. برای قطعات روغنآغشته مانند بلوک موتور، باید عملیات «بیکاوت» انجام شود؛ یعنی نگهداشتن قطعه در دمای حدود ۳۷۰ درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت برای خروج روغنهای جذبشده.
لبهها باید با زاویه حدود ۳۰ درجه پخزنی شوند. در صورت تعمیر ترک، باید دو انتهای ترک سوراخکاری شود تا از گسترش بیشتر آن جلوگیری شود، سپس ترک بهطور کامل پخزنی گردد.
چدن باید بین ۲۶۰ تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد و بهآرامی و یکنواخت پیشگرم شود. دمای بالای ۷۶۰ درجه منطقه خطر محسوب میشود. پیشگرمایش باعث کاهش شوک حرارتی و کنترل بهتر انبساط و انقباض میشود که مستقیماً احتمال ترکخوردگی را کاهش میدهد.
پس از پیشگرمایش، با توجه به نوع کاربرد قطعه، الکترود جوشکاری چدن مناسب (نیکلی یا نیکل-آهن) را انتخاب کنید. جوشکاری باید با آمپراژ پایین، در پاسهای کوتاه (حداکثر حدود ۲۵ میلیمتر) و با جابهجایی مداوم بین نقاط مختلف قطعه انجام شود تا تنش و اعوجاج کاهش یابد. حفظ دمای بینپاسی (Interpass) هم در طول کار اهمیت زیادی دارد.
بلافاصله پس از هر پاس جوش، در حالی که هنوز داغ است، باید با چکش مخصوص روی آن پینینگ انجام شود. این کار به کاهش تنش داخلی و جلوگیری از ترکخوردگی کمک میکند.
در پایان کار، قطعه باید بهآرامی سرد شود؛ مثلاً با پوشاندن آن با پتوی جوشکاری، قرار دادن در ماسه خشک یا بازگرداندن به کوره.
جوشکاری چدن کاری کند و پرحوصله است، اما با آمادهسازی درست، پیشگرمایش مناسب، انتخاب الکترود جوشکاری چدن متناسب با نوع کاربرد، و اجرای صحیح تکنیک جوشکاری و عملیات پس از جوش، میتوان به نتیجهای مقاوم و بادوام رسید. اگر در انتخاب نوع الکترود یا روش جوشکاری مناسب برای قطعه خود مطمئن نیستید، کارشناسان ما آماده مشاوره تخصصی هستند.
