![راهنمای جامع جوشکاری چدن (الکترود+آرگون [تیگ TIG ] )](https://weldskill.ir/wp-content/uploads/2025/06/راهنمای-جامع-جوشکاری-چدن-1024x550.webp "راهنمای جامع جوشکاری چدن (الکترود+آرگون [تیگ TIG ] )")
جوشکاری چدن به دلیل ساختار کربن بالا و شکنندگی ذاتی آن، همواره یکی از چالش‌برانگیزترین فرایندها در صنعت فلزکاری بوده است. با این حال، با درک صحیح متالورژی و انتخاب روش مناسب، می‌توان قطعات چدنی با ارزش را با موفقیت تعمیر یا به هم متصل کرد. این راهنمای جامع به بررسی دو روش اصلی و پرکاربرد جوشکاری چدن می‌پردازد: آموزش جوشکاری با الکترود (SMAW) و آموزش جوشکاری با آرگون (TIG). ما نکات کلیدی، انتخاب مواد مصرفی و تکنیک‌های هر دو فرایند را برای دستیابی به جوشی پایدار و بدون ترک آموزش خواهیم داد.
چدن به دلیل محتوای بالای کربن و ساختار گرافیتی خود، ماده‌ای شکننده محسوب می‌شود. این ویژگی‌ها، همراه با هدایت حرارتی پایین، باعث ایجاد تنش‌های داخلی شدید و تشکیل کاربیدهای سخت در منطقه متاثر از حرارت (HAZ) می‌شوند که می‌تواند منجر به ترکیدگی جوش گردد. درک این خصوصیات برای موفقیت در جوشکاری چدن حیاتی است.
جوشکاری چدن به دلیل کربن بالا و وجود گرافیت، معمولاً پیچیده‌تر از فولاد است. در ادامه به جوش‌پذیری ۵ نوع چدن می‌پردازیم:
**چرا جوش‌پذیر است؟** گرافیت‌های کروی شکل آن باعث مقاومت بهتر در برابر ترک‌خوردگی و افزایش داکتیلیته می‌شوند.
**نکات:** نیاز به پیش‌گرمایش و خنک‌سازی آهسته برای جلوگیری از سخت شدن منطقه جوش.
**چرا جوش‌پذیر است؟** گرافیت‌های خوشه‌ای (تمپر کربن) آن نسبت به ورقه‌ای کمتر مستعد ترک‌خوردگی هستند.
**چرا بقیه ندارند (یا دشوارتر است)؟** حرارت جوشکاری می‌تواند عملیات مالیبل‌سازی را از بین برده و منطقه جوش را ترد کند؛ نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری دارد.
**چرا جوش‌پذیری ندارد؟** گرافیت‌های ورقه‌ای آن مسیرهای آسانی برای انتشار ترک ایجاد می‌کنند و به شدت مستعد ترک‌خوردگی پس از جوشکاری است. منطقه متاثر از حرارت (HAZ) بسیار سخت و شکننده می‌شود.
**چرا جوش‌پذیری ندارد؟** ساختار آن به دلیل وجود کاربید آهن بسیار ترد و شکننده است و تحمل تنش‌های حرارتی جوشکاری را ندارد که منجر به ترک‌های شدید و فوری می‌شود.
**چرا جوش‌پذیری ندارد (یا دشوار است)؟** جوش‌پذیری آن بستگی به نوع و میزان عناصر آلیاژی دارد. برخی از این عناصر می‌توانند کاربیدهای بسیار سخت و ترد ایجاد کنند که جوشکاری را پیچیده و مستعد ترک می‌کنند. نیاز به تخصص بالا و روش‌های ویژه دارد.
منبع : weldskill.ir
پیش‌گرمایش قطعه چدنی قبل از جوشکاری، شیب حرارتی را کاهش داده و از ایجاد تنش‌های ناگهانی جلوگیری می‌کند. این کار به کند شدن نرخ خنک‌سازی نیز کمک کرده و مانع از تشکیل چدن سفید (کاربیدهای سخت و شکننده) می‌شود. پیش‌گرمایش را می‌توان با استفاده از کوره‌های صنعتی، مشعل‌های گازی (مانند مشعل پروپان یا استیلن با شعله خنثی) یا المنت‌های حرارتی انجام داد. پس‌گرمایش و خنک‌سازی بسیار آهسته پس از جوشکاری نیز برای آزاد کردن تنش‌های پسماند و بهبود ساختار میکروسکوپی جوش و HAZ ضروری است. برای مثال، پس از جوشکاری یک بلوک موتور چدنی، قرار دادن آن در کوره با خنک‌سازی کنترل‌شده یا دفن کردن در ماسه خشک یا آهک، حیاتی است.
جوشکاری چدن با الکترود (SMAW) به دلیل سادگی تجهیزات و قابلیت حمل بالا، یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای تعمیرات و اتصالات چدنی است. این روش امکان جوشکاری در شرایط مختلف را فراهم می‌آورد و با انتخاب الکترود مناسب، می‌توان به نتایج قابل قبولی دست یافت. این فرایند برای تعمیرات میدانی و قطعات بزرگ مانند پایه‌های ماشین‌آلات صنعتی بسیار مناسب است.
انتخاب الکترود مناسب برای جوشکاری چدن با الکترود حیاتی است:
الکترودهای پایه نیکل (مانند AWS A5.15 ENi-CI): این الکترودها دارای هسته نیکل خالص هستند و به دلیل انعطاف‌پذیری بالای فلز جوش، قابلیت کشش قابل توجهی دارند که به جذب تنش‌های انقباضی کمک می‌کند. برای تعمیر ترک‌ها و شکستگی‌ها در قطعاتی که نیاز به ماشین‌کاری بعدی دارند، ایده‌آل هستند.
الکترودهای نیکل-آهن (مانند AWS A5.15 ENiFe-CI): این الکترودها حاوی حدود 55% نیکل و 45% آهن هستند. فلز جوش آن‌ها استحکام کششی بالاتری نسبت به الکترودهای نیکل خالص دارد و مقرون به صرفه‌تر نیز هستند. برای جوشکاری چدن‌های داکتیل و قطعاتی که نیاز به استحکام بیشتر دارند، مناسب‌اند.
تکنیک جوشکاری سرد: شامل پاس‌های کوتاه (حدود 2-3 سانتی‌متر)، وقفه‌های طولانی برای خنک شدن و پینینگ (کوبیدن آرام با چکش) برای کاهش تنش است. این روش برای تعمیر ترک‌های کوچک در بلوک موتور خودرو یا منیفولد اگزوز کاربرد دارد.
تکنیک جوشکاری گرم: نیاز به پیش‌گرمایش بالا (مثلاً تا 400-600 درجه سانتی‌گراد) و جوشکاری پیوسته دارد. این روش برای قطعات بزرگ و بحرانی‌تر مانند پایه‌های سنگین ماشین‌آلات صنعتی که نیاز به استحکام و کیفیت جوش بالا دارند، ایده‌آل است.
جوشکاری چدن با آرگون (TIG) به دلیل کنترل دقیق حوضچه مذاب، عدم پاشش و تولید جوشی بسیار تمیز و با کیفیت بالا، برای کاربردهایی که نیاز به دقت و ظاهر عالی دارند، ایده‌آل است. این روش امکان کنترل حرارت ورودی را به بهترین شکل فراهم می‌آورد و برای جوشکاری قطعات نازک یا حساس چدنی مانند محفظه پمپ‌های دقیق بسیار مناسب است.
در جوشکاری TIG چدن، انتخاب فیلر مناسب و تنظیمات دقیق حیاتی است:
فیلرهای پایه نیکل (مانند AWS A5.14 ERNi-CI): این فیلرها انعطاف‌پذیری عالی و رنگی مشابه چدن پس از اکسیداسیون دارند و برای تعمیرات دقیق و حساس مناسب‌اند.
فیلرهای برنز یا سیلیکون برنز (مانند AWS A5.7 ERCuSi-A): این روش که به عنوان Braze Welding نیز شناخته می‌شود، در دمای پایین‌تری انجام شده و برای پر کردن حفره‌ها یا اتصال قطعاتی که نیاز به حداقل حرارت دارند، ایده‌آل است. جوش حاصل معمولاً زرد رنگ است.
فیلرهای چدن (مانند میله‌های چدن خاکستری): برای دستیابی به تطابق کامل رنگ و خواص مکانیکی با قطعه اصلی، به خصوص در قطعات تزئینی یا تاریخی، از میله‌های چدن با ترکیب شیمیایی مشابه استفاده می‌شود. این روش نیاز به مهارت بالا و کنترل دقیق حرارت دارد.
گاز محافظ: گاز محافظ مورد استفاده 100% آرگون خالص است که از حوضچه مذاب در برابر آلودگی‌های اتمسفری محافظت می‌کند.
تنظیمات دستگاه: جریان DCEN (جریان مستقیم با الکترود منفی) و الکترود تنگستن مناسب (معمولاً تنگستن توریم‌دار یا لانتان‌دار) استفاده می‌شود. کنترل دقیق آمپر و سرعت حرکت مشعل برای جلوگیری از سوختگی و ترکیدگی ضروری است.
جدول زیر به مقایسه مراحل و نکات کلیدی جوشکاری چدن با دو روش متداول الکترود و TIG آرگون می‌پردازد. این اطلاعات برای چدن داکتیل و مالیبل که جوش‌پذیری بهتری دارند، کاربرد بیشتری دارد و برای چدن خاکستری و سفید باید با احتیاط و تخصص بیشتر به کار رود.
| ویژگی | جوشکاری با الکترود (SMAW) | جوشکاری TIG (GTAW) آرگون |
|---|---|---|
| **روش** | جوشکاری با الکترود دستی (Shielded Metal Arc Welding) | جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (Gas Tungsten Arc Welding) |
| **دمای پیش‌گرمایش** | ۲۵۰-۴۰۰°C (چدن داکتیل و مالیبل) ۳۵۰-۶۵۰°C (چدن خاکستری) |
۲۵۰-۴۰۰°C (چدن داکتیل و مالیبل) ۳۵۰-۶۵۰°C (چدن خاکستری) |
| **دمای پس‌گرمایش / خنک‌سازی** | خنک‌سازی بسیار آهسته (مثلاً با پوشش عایق یا در کوره) در صورت نیاز، آنیلینگ ۷۰۰°C |
خنک‌سازی بسیار آهسته (مثلاً با پوشش عایق یا در کوره) در صورت نیاز، آنیلینگ ۷۰۰°C |
| **نوع الکترود/فیلر (شناسه AWS)** | **الکترود:** E Ni-Cl (ENi99), E NiFe-Cl (ENiFe55) | **فیلر:** ERNi-1 (معادل Ni99), ERNiFe-Cl (معادل NiFe55) |
| **گاز محافظ** | (ندارد، فلاکس در روکش الکترود است) | آرگون خالص (۱۰۰٪ Ar) |
| **آمپراژ پیشنهادی (بر اساس ضخامت)** |
**ضخامت کم (تا ۵mm):** ۵۰-۹۰ آمپر
**ضخامت متوسط (۵-۱۵mm):** ۹۰-۱۵۰ آمپر |
**ضخامت کم (تا ۵mm):** ۴۰-۸۰ آمپر
**ضخامت متوسط (۵-۱۵mm):** ۸۰-۱۲۰ آمپر |
| **نکات کلیدی جوشکاری** |
استفاده از لایه‌های نازک (Short, run-out beads)
تمیزکاری کامل سطح قبل از جوشکاری چکش‌کاری (Peening) برای کاهش تنش‌های پسماند |
تمیزکاری دقیق و استفاده از جریان DCEN (DC Electrode Negative)
کنترل دقیق حوضچه مذاب و حداقل حرارت ورودی مناسب برای قطعات نازک و تعمیرات دقیق |
منبع : weldskill.ir
انتخاب بین جوشکاری الکترود و آرگون برای چدن به عوامل مختلفی بستگی دارد. الکترود برای سرعت و قابلیت حمل، و آرگون برای دقت و کیفیت ظاهری برتر مناسب است. به عنوان مثال، تعمیر یک پایه سنگین ماشین‌آلات با الکترود سریع‌تر است، در حالی که ترمیم یک قطعه هنری چدنی با TIG نتیجه بهتری می‌دهد. هر دو روش نیاز به رعایت دقیق نکات ایمنی از جمله تهویه مناسب، استفاده از ماسک جوشکاری، دستکش و لباس محافظ دارند تا از خطرات احتمالی جلوگیری شود.
جوشکاری چدن، چه با الکترود و چه با آرگون، فرایندی پیچیده اما با دانش و مهارت کافی، کاملاً قابل انجام است. درک متالورژی چدن، اهمیت پیش‌گرمایش و پس‌گرمایش (با روش‌های مناسب)، انتخاب صحیح مواد مصرفی (الکترودهای نیکل/نیکل-آهن یا فیلرهای نیکل/برنز/چدن) و تسلط بر تکنیک‌های جوشکاری، کلید موفقیت است. با رعایت این اصول، می‌توان قطعات چدنی ارزشمند را با دوام و کیفیت بالا تعمیر یا به هم متصل کرد و عمر مفید آن‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش داد. تمرین و تجربه، در این زمینه حرف اول را می‌زند.
دشواری جوشکاری چدن عمدتاً به دلیل ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی آن است. چدن دارای درصد کربن بالایی (معمولاً 2 تا 4 درصد) است که به شکل گرافیت (ورقه‌ای یا کروی) در زمینه آهن قرار دارد. این گرافیت‌ها باعث شکنندگی ذاتی چدن می‌شوند و در حین جوشکاری، در منطقه متاثر از حرارت (HAZ) و فلز جوش، ممکن است به دلیل خنک‌سازی سریع، کاربیدهای سخت و شکننده (چدن سفید) تشکیل شوند. این ساختارها بسیار مستعد ترکیدگی هستند. همچنین، هدایت حرارتی پایین چدن باعث ایجاد تنش‌های پسماند شدید در حین انقباض می‌شود.
پیش‌گرمایش مهمترین گام برای موفقیت در جوشکاری چدن است. هدف اصلی آن کاهش شیب حرارتی بین منطقه جوش و بقیه قطعه، و کند کردن نرخ خنک‌سازی است. این کار از تشکیل چدن سفید جلوگیری کرده و تنش‌های پسماند ناشی از انقباض را به حداقل می‌رساند. دمای پیش‌گرمایش معمولاً بین 200 تا 400 درجه سانتی‌گراد (و گاهی تا 600 درجه سانتی‌گراد برای چدن‌های پیچیده) متغیر است. روش‌های انجام آن شامل استفاده از کوره‌های صنعتی برای قطعات بزرگ، مشعل‌های گازی (پروپان یا استیلن با شعله خنثی) برای قطعات متوسط، یا المنت‌های حرارتی و پتوهای گرمایشی برای گرمایش موضعی است. اطمینان از گرمایش یکنواخت کل قطعه یا حداقل ناحیه وسیعی اطراف محل جوش، حیاتی است.
دو نوع الکترود اصلی برای جوشکاری چدن با الکترود وجود دارد:
دلایل ترکیدگی:
پیشگیری:
پس‌گرمایش و خنک‌سازی آهسته پس از جوشکاری به اندازه پیش‌گرمایش حیاتی است. هدف اصلی آن آزاد کردن تنش‌های پسماند ناشی از انقباض در حین سرد شدن، و تبدیل ساختارهای سخت و شکننده (مانند مارتنزیت یا کاربیدهای تشکیل شده در HAZ) به ساختارهای نرم‌تر و داکتیل‌تر (مانند پرلیت یا فریت). این فرایند باعث بهبود خواص مکانیکی جوش و منطقه HAZ می‌شود و از ترکیدگی با تاخیر (Delayed Cracking) جلوگیری می‌کند. دمای پس‌گرمایش معمولاً در محدوده 300 تا 600 درجه سانتی‌گراد است و سپس قطعه باید به آرامی تا دمای اتاق خنک شود. این خنک‌سازی آهسته می‌تواند با قرار دادن قطعه در کوره، دفن کردن آن در ماسه خشک، آهک، یا استفاده از پتوهای عایق حرارتی انجام شود.
خیر، اگرچه اصول کلی (پیش‌گرمایش، پس‌گرمایش، کنترل حرارت) برای همه انواع چدن صادق است، اما تفاوت‌های ساختاری آن‌ها نیازمند رویکردهای خاصی است:
جوشکاری چدن، مانند سایر فرایندهای جوشکاری، نیازمند رعایت دقیق نکات ایمنی است:
