پدیده ترک برداشتن

پدیده ترک برداشتن Cracking phenomena

عیوب در مقاطع جوشکاری شده میتواند از نا مناسب بودن خواص متالوژیکی جوش تا عیوب فیزیکی نظیر ترک ها ، تخلخل ، ناخالصی سرباره ای ، عدم ذوب شدگی ، اندرکات و .... باشد .

اهمیت عیوب جوش ( با توجه به نوع و کیفیت عیب ) مرتبط با نوع کارکرد جوش مورد نظر تحت سرویس می باشد .

ترک ها

ترک ها جزو عیوب دوبعدی می باشند و عموما جز عیوب بسیار خطرناک برای سازنده های جوشکاری شده هستند .

کوچکترین ترکهایی که غیر قابل آشکار سازی باشند نیز خطرناک می باشند و برای شناسایی ترک ها باید دقت بسیار زیاد صورت پذیرد . نام گذاری ترک ها گاهی بیان کننده نحوه ایجاد شرایط شروع ترک می باشد . همچون ترک ها ی سرد ، گرم و ....

ترک سرد ( ترک هیدروژنی ) Cold crack

ترک حاصل از هیدروژن رایج ترین ترک ها در ناحیه تحت تاثیر حرارت جوش می باشد و حتی گاهی این نوع ترک در ناحیه فلز جوش نیز رخ می دهد .

ترک سرد در ناحیه تحت تاثیر حرارت   HAZ  

ترک ها در ناحیه  HAZ  جوش ها معمولا از نوع طولی است و اغلب در ریشه یا کناره های خط جوش در گرده   (  toe  ) رخ  می دهد . سه عامل مهم در ایجاد ترک سرد عبارتند از :

◄ حساس بودن ساختار میکروسکوپی فلز ( منظور ترد و سخت بودن ساختار فلز است )

◄میزان هیدروزن زیاد ( در نواحی اطراف جوش )

◄وجود تنش زیاد در مقطع جوش

◄ تغییرات گسترده ریز ساختار که می تواند در ناحیه  HAZ  حضور داشته باشد ، بستگی به ترکیب شیمیایی فولاد ( کربن محتوا ) و روش جوشکاری دارد ( سرعت سرد شدن محل جوش ) بطور کلی فقط ریز ساختار های خیلی سخت حساسیت بالا به ترک برداشتن را دارند ، منظور جائی که ساختار میکروسکوپی فولاد مارتنزیتی باشد و فاز مارتنزیت در فولاد هایی که عناصر آلیاژی  NI ،  Mn  ،  MO  داشته باشند و سریع سرد شوند شکل میگیرد و میزان کربن محتوا گویای اثر عناصر آلیاژی بر سخت پذیری فلز می باشد .

در مورد فولاد هایی که هنگام جوشکاری میزان هیدروزن کم وجود دارد سختی ناحیه  HAZ  جوش نباید بیش از 350 ویکرز باشد .

سطح و میزان هیدروژن

منبع تولید هیدروژن در محل جوش ناشی از : رطوبت ، خیس یا مرطوب بودن پوشش الکترود یا فلاکس و یا لایه هیدرواکسیدی تشکیل شده بر روی سطح فولاد یا اینکه هیدروژن حاصل شده از مواد روغنی یا مواد آلی در اطراف محل جوش و یا هیدروژن حاصل شده از رطوبت محیط اطراف جوش ناشی میشود .

مذاب جوش آمادگی زیادی به حل نمودن هیدروژن در خود دارد و به مجرد انجماد جوش نفوذ هیدروژن به خارج از محیط جوشکاری افزایش می باید . بنابر این هیدروژن نفوذ نموده و در جوش به محل اطراف جوش یعنی ناحیه تحت حرارت (  HAZ  ) مهاجرت می کند یعنی جائیکه فلز پایه هنوز ساختار آستینی دارد .

در اثر سرد شدن پیوسته محل جوش و ناحیه تحت تاثیر حرارت خروج هیدروژن از محل جوش و نواحی تحت تاثیر حرارت جوش کاهش می یابد و به عبارت دیگر مقدار هیدروژن در این ناحیه به حد فوق اشباع می رسد و این هیدروژن ها اتمی نقش موثری بر روی ساختار مارتنزیتی دارد و می تواند باعث تولید ترک شود و حداکثر دمای تشکیل ترک عبارت است از دمای  Mˢ بر روی دیاگرام  TTT فولاد مورد نظر

تنش پسماند 

می توان ادعا کرد هیچگونه ترک در ناحیه ای که تنش وجود ندارد روی نمیدهد ، بروز تنش در اطراف جوش در ضمن سرد شدن ناشی از سخت شدن و انقباض ناحیه جوشکاری شده می باشد . وجود محل های شیاردار ( محل های خراش سطحی ) و یا نقاط با اختلاف ضخامتی تیز ( تغییر ضخامت سریع ) نقاطی اند که تمرکز تنش را تحمل می کنند که این نقاط دارای تمرکز تنش می تواند نقطه آغازین برای شروع ترک باشد

در شکل مکانیز بروز ترک سرد ( هیدروژنی ) به نمایش گذاشته شده است .

اعمال عملیات حرارتی پیش گرم دادن و پس گرمایی بلافاصله بعد از جوشکاری سبب می گردد که :

֎ شیب دمایی بین جوش و ناحیه فلزی اطراف آن کم شود یعنی میزان انبساط ، انقباض کاهش یابد و این موضوع باعث کم تر شدن تنش در محل جوش و نواحی اطراف آن می شود .

֎ با دیرتر سرد شدن مذاب جوش فرصت مناسب برای خروج هیدروژن نفوذ نموده به محل جوش فراهم می گردد و این کار با انجام و اعمال پیش گرمایی امکان پذیر است

֎ با انجام پس گرمایی دادن به محل جوش سبب می شود که اتم های هیدروژنی نفوذ نموده در محل جوش و ناحیه تحت تاثیر حرارت به جنب و جوش در آمده و راحتتر از محیط خارج شوند و بنابراین  خط بروز ترک هیدروژنی به حداقل خود می رسد .

ترک گرم  Hot crack  

عموما علت اصلی برای بروز این نوع ترک که اغلب اوقات در محل فلز جوش رخ می دهد ناشی از وجود تنش پسماند بالا و حضور عناصر نا حالص مضر در محل جوشکاری یا نامناسب بودن ترکیب شیمیایی فلز جوش میباشد .

اغلب 2 نوع ترک گرم وجود دارد که عبارتند از :

① ترک گرم انجمادی

② ترک گرم در اثر مایع شدن

 

اغلب ترک برداشتن زمانی اتفاق می افتد که پدیده جدایش اجزائ موجود در فولاد که نقطه ذوب پایین دارند مابین کریستال ها بروز می کند ، بنابراین ترک گرم همیشه در میان کریستال ها اتفاق می افتد .

عیب ترک ها گرم نه فقط مشکل فولاد های فریتی می باشد ، بلکه در مورد فولاد آستینی نیز شایع می باشد .

اجزاء ناخالصی با نقطه ذوب پایین عبارتند از عناصری مثل گوگرد  S  _  فسفر  P  _ انتیموان  Sb و قلع Sn

شکل تشکیل ترک گرم با تجمع ناخالصی ها در میان کریستال های فلزی رشد نموده و به یکدیگر رسیده اند .

ترک گرم انجمادی

این نوع ترک به صورت طولی در خط مرکزی جوش اتفاق می افتد . در کنار عناصر ترکیبی در جوش پارامتر های دیگری نیز تاثیر گذار در بروز این نوع ترک می باشند ، در عمل خطر ترک برداشتن با افزایش سرعت جوشکاری افزایش می یابد . همچنین شکل حوضچه جوش نیز موثر در ترک برداشتن می باشد و همچنین میزان رقت جوش نیز عامل دیگر در بروز این نوع ترک می باشد .

در شکل همانگونه دیده می شود افزایش سرعت جوشکاری موجب کم شدن بیش از حد عمق نفوذ #جوش می گردد که خودبخود خطر بروز ترک گرم افزایش می یابد .

همچنین عمق نفوذ زیاد جوش که جوشی با عمق زیاد و عرض کم شکل بگیرد باز خطر بروز ترک گرم برقرار است .

ترک گرم در اثر مایع شدن

این نوع ترک می تواند هم در فلز جوش و هم در ناحیه تحت تاثیرحرارت جوش  ( HAZ ) رخ دهد به طوری که منشا تشکیل فاز های با نقطه ذوب پایین در میان مرزانه ها می باشد .

ترک های به صورت لایه ای  Lamellar Tearing

 این نوع ترک در مقاطع ضخیم جوشکاری شده فولادی اغلب رخ می دهد . به خصوص در اتصالات جوشکاری شده از نوع  T  ( سپری ) و گوشه ای . #ترک درست در کمی خارج از ناحیه تحت تاثیر حرارت جوش رخ می دهد و به صورت پله پله می باشد . این نوع ترک معمولا در پلیتهای ضخیم که جوشکاری می گردند و نیز در #آلیاژ حساس به این ترک صورت میگیرد و #حساسیت #فولاد ها بستگی به مقدار توزیع و شکل ناخالصی اکسید منگنز در درون آلیاژ دارد .

تشکیل ترک از نوع  Lamellar Tearing  در ضخامت #قطعات #فولادی مورد #جوشکاری