علت ترک خوردن جوش چدن

علت ترک خوردن جوش چدن: بررسی جامع عوامل و راهکارهای پیشگیری

مقدمه

جوشکاری چدن به دلیل ساختار کربنی و خواص فیزیکی خاص آن، همواره با چالش‌هایی همراه بوده است. ترک خوردن جوش چدن یکی از شایع‌ترین مشکلات در فرآیند جوشکاری این ماده است که می‌تواند منجر به کاهش شدید استحکام و عملکرد قطعه شود. در این مقاله به بررسی علل ترک خوردن جوش چدن، انواع ترک‌ها و راهکارهای پیشگیری می‌پردازیم.

🔬 ساختار چدن و تأثیر آن بر جوشکاری

چدن به دلیل میزان بالای کربن (2-4%) و ساختار گرافیتی، رفتار متفاوتی در جوشکاری نشان می‌دهد. مهم‌ترین دلایل مشکل‌ساز بودن جوش چدن عبارتند از:

• انقباض زیاد هنگام سرد شدن

• تشکیل کاربید آهن (سختی و شکنندگی)

• حساسیت به تنش‌های حرارتی

📌 انواع ترک در جوش چدن

1. ترک گرم (Hot Crack)

• علت: تنش‌های انقباضی در دمای بالا (بالای 1000°C)

• محل تشکیل: منطقه جوش (FZ) و ناحیه متأثر از حرارت (HAZ)

• شکل ظاهری: ترک‌های نامنظم و شاخه‌دار

2. ترک سرد (Cold Crack)

• علت: تنش‌های باقیمانده و حضور هیدروژن

• زمان ظهور: چند ساعت تا چند روز پس از جوشکاری

• ویژگی: ترک‌های مستقیم و عمیق

3. ترک انقباضی (Shrinkage Crack)

• علت: اختلاف انقباض بین فلز جوش و فلز پایه

• شکل: ترک‌های شعاعی در اطراف جوش

🔧 عوامل اصلی ترک خوردن جوش چدن

1. عوامل متالورژیکی

• کربن بالا: تشکیل فاز سخت و شکننده (مارتنزیت)

• سیلیسیم کم: افزایش تمایل به ترک گرم

• ناخالصی‌ها (گوگرد، فسفر): کاهش استحکام جوش

2. عوامل فرآیندی

• پیشگرمایش ناکافی: معمولاً نیاز به 300-600°C دارد

• سرعت سرد شدن سریع: ایجاد تنش‌های حرارتی

• انتخاب نادرست الکترود: عدم تطابق با نوع چدن

3. عوامل طراحی

• زاویه پخ نامناسب

• تمرکز تنش در اتصال

• ضخامت نامناسب فلز جوش

🛠️ راهکارهای پیشگیری از ترک جوش چدن

1. پیشگرمایش (Preheating)

• دمای ایده‌آل: 350-450°C برای چدن خاکستری

• روش: گرم کردن یکنواخت 25mm اطراف منطقه جوش

2. انتخاب الکترود مناسب

3. کنترل سرعت سرد شدن

• پسگرمایش (Post-heating): 150-200°C به مدت 1-2 ساعت

• استفاده از عایق (پشم سرامیک)

4. تکنیک‌های جوشکاری

• جوش با طول کم: حداکثر 25mm در هر پاس

• چکش‌کاری جوش: کاهش تنش‌های باقیمانده

• زاویه الکترود: 20-30 درجه

🔍 روش‌های ترمیم جوش ترک خورده چدن

1. حذف کامل ترک با سنگ‌زنی یا ماشین‌کاری

2. پیشگرمایش مجدد منطقه

3. جوشکاری با الکترود نیکل (ENi-CI)

4. پسگرمایش کنترل شده

روش‌های ترمیم جوش ترک خورده چدن: راهنمای جامع تخصصی

1. مقدمه و اهمیت موضوع

ترک‌های جوش در چدن یکی از چالش‌برانگیزترین مشکلات در صنایع ریخته‌گری و تعمیرات است. این ترک‌ها معمولاً به دلایل زیر ایجاد می‌شوند:

• تنش‌های انقباضی ناشی از اختلاف ضریب انبساط حرارتی

• تشکیل فازهای ترد در ناحیه متأثر از حرارت (HAZ)

• تمرکز تنش در مناطق اتصال

2. تشخیص و ارزیابی ترک‌های جوش چدن

2-1. روش‌های غیرمخرب (NDT)

2-2. آنالیز شکست

• بررسی میکروسکوپی (SEM) برای تعیین نوع ترک

• آنالیز شیمیایی منطقه ترک خورده

• تعیین جهت‌گیری ترک نسبت به ساختار گرافیتی

3. روش‌های مکانیکی ترمیم

3-1. تراشکاری و سنگ‌زنی

• مراحل اجرا:

  1. علامت‌گذاری محدوده ترک با دقت ±2mm

  2. تراش با عمق 1.5 برابر عمق ترک

  3. سنگ‌زنی با سنگ سیلیکون کاربید 80-120 مش

3-2. روش پین‌گذاری (Pin Repair)

• استفاده از پین‌های استنلس استیل 316

• قطر پین: 30-40% ضخامت قطعه

• الگوی نصب: مثلثی با فاصله مرکز تا مرکز 4-5 برابر قطر پین

4. روش‌های حرارتی ترمیم

4-1. پیشگرمایش کنترل‌شده

• منحنی حرارتی پیشنهادی:

  20°C → 150°C (با نرخ 50°C/h)
  150°C → 350°C (با نرخ 25°C/h)
  نگهداری در 350°C به مدت 1h/25mm ضخامت

4-2. پسگرمایش تدریجی

• استفاده از کوره‌های القایی با دقت ±10°C

• برنامه کاهش دما:

  T(t) = T_0 * e^(-0.005t) 
  (T_0: دمای اولیه، t: زمان برحسب دقیقه)

5. تکنیک‌های متالورژیکی

5-1. جوشکاری با الکترودهای ویژه

5-2. روش رسوب سرد (Cold Metal Transfer)

• پارامترهای بهینه:

  • ولتاژ: 14-16V

  • جریان: 90-110A

  • سرعت تغذیه سیم: 6-8m/min

6. روش‌های نوین ترمیم

6-1. ترمیم با لیزر

• لیزر فایبر 2kW با پارامترهای:

  • سرعت اسکن: 3-5mm/s

  • قطر نقطه: 0.5-1mm

  • عمق نفوذ: 0.3-0.8mm

6-2. روش پاشش حرارتی (Thermal Spray)

• مواد مصرفی:

  • پودر NiCrBSi با اندازه ذرات 45-75μm

  • گاز حامل: آرگون با دبی 40-50 l/min

7. استانداردهای کیفی ترمیم

7-1. استانداردهای بین‌المللی

• AWS D11.2: راهنمای جوشکاری چدن

• ISO 15614-7: آزمونهای واجد شرایط

• ASTM E165: آزمون مایع نافذ

7-2. کنترل کیفی پس از ترمیم

1. آزمون UT با زاویه پروب 45-70°

2. آزمون سختی سنجی راکول C

3. آنالیز متالوگرافی مقاطع عرضی

8. جمع‌بندی و توصیه‌های نهایی

8-1. انتخاب روش بهینه

علت ترک خوردن جوش چدن

8-2. نکات کلیدی اجرایی

• همیشه 10% بیش از طول ترک را ترمیم کنید

• از تغییر شکل‌های حرارتی با استفاده از گیره‌های مخصوص جلوگیری نمایید

• پس از ترمیم، آزمون تنش‌زدایی در 550-600°C به مدت 2 ساعت انجام دهید

8-3. هزینه‌های تقریبی ترمیم

📊 جدول مقایسه روش‌های جوشکاری چدن

✅ نکات کلیدی برای جوشکاران

• همیشه آزمون غیرمخرب (PT, MT) پس از جوش انجام دهید

• از الکترودهای با هیدروژن کم استفاده کنید

• سرعت جوشکاری را کاهش دهید (10-15 cm/min)

• برای چدن‌های با کربن بالا پسگرمایش الزامی است

📌 نتیجه‌گیری

ترک خوردن جوش چدن معمولاً ناشی از ترکیب عوامل متالورژیکی و فرآیندی است. با پیشگرمایش مناسب، انتخاب مواد مصرفی صحیح و کنترل شرایط جوشکاری می‌توان از این مشکل جلوگیری کرد. برای قطعات حساس، مشاوره با متخصصان جوشکاری چدن توصیه می‌شود.