مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش
ثبت نام دوره
| نوع دوره | تاریخ شروع | تاریخ پایان | ساعت شروع | ساعت پایان | شهریه (ریال) | ثبت نام |
|---|---|---|---|---|---|---|
| حضوری | 1400-03-18 | 1400-03-20 | 8:30 | 16:30 | 17,000,000 | ثبت نام |
| حضوری | 1400-06-08 | 1400-06-10 | 8:30 | 16:30 | 17,000,000 | ثبت نام |
محتوای دوره مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش
- ساختار فلزات- انواع ساختار هاي كريستالي فلزات
- ذوب و انجماد فلزات در جوشكاري-آلياژسازي
- فازدياگرام آهن-كربن
- ملاحظات متالورژيكي جوش
- تاثیرات حرارت ورودي در جوشكاري
- تاثیرات كربن معادل و ضخامت قطعات
- خواص شیمیایی و مکانیکی فلزات
- جوش پذيري فولاد ها (فولادهاي كربني،HSLA ، Q/T ، ضدزنگ آستنيتي )
- تاثير عناصر آلياژي در فولادها
- بررسي عيوب ناشي از جوش پذيري شامل(Hydrogen Induced crack،Solidification crack، Lamellar Tearing ،Inter-crystalline corrosion،Re-heat crack )
- سختي پذيري در فولادها(Hardenability)
- نمودارهاي T.T.T (Time Temperature Transformation)
-
اصول عمليات حرارتي در اتصالات جوشي شامل:
- عمليات حرارتي آنیله کردن (Annealing)
- عمليات حرارتي نرمالیزه کردن (Normalizing)
- عمليات حرارتي سخت کردن (Hardening)
- عمليات حرارتي تمپرینگ (Tempering)
- عمليات حرارتي تنش زدايي (Stress Relief)
- عمليات حرارتي پيشگرم(Preheat)
- رفع اشكال، مرور مباحث گذشته و آزمون
مخاطبین دوره مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش
تکنیسینها و مهندسین واحدهای تولیدی ، بازرسی فنی و کنترل کیفیت (QC ) ، واحدهای تعمیرات ، کارشناسان دستگاه نظارت ، دانشجویان و کلیه افراد علاقمند و مرتبط با مباحث بازرسی و مهندسی جوش
هدف از طی دوره مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش
هدف از این دوره آشنایی شرکت کنندگان با انواع مواد و فولادها و ساختار آنها ،سیکل سرد و گرم شدن حین فرایند جوشکاری و اثرات آن بر ساختار و خواص متالورژی و مکانیکی جوش و نحوه کنترل فرایند جوشکاری و همچنین اصول و مبانی متالورژی جوشکاری فولادها می باشد.
تواناييها پس از طی دوره مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش در شرکت آریا آزمون صنعت
- آگاهی از انواع عیوب متالورژیکی ، علل و نحوه رفع آنها
- آگاهی از تاثیر حرارت بر خواص جوش و HAZ
- آگاهی از متالورژی جوش فولاد های کربنی و زنگ نزن
- آگاهی از انواع عملیات حرارتی در فولاد ها و تاثیر آن بر خواص مکانیکی
پیش نیاز دوره مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش
آشنایی با فرآیندهای جوشکاری ، داشتن تحص یلات حداقل کاردانی فنی و آشنایی به زبان انگلیسی
گواهینامه های قابل صدور پس از طی دوره مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش
- گواهینامه معتبر پایان دوره اصول متالورژی و عملیات حرارتی در جوش از طرف موسسه آریا آزمون صنعت مورد تایید سازمان های فوق
- امکان صدور گواهینامه مبانی کاربردی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش از طرف سازمان آموزش فنی و حرفه ای کشور
آشنایی با مبانی متالورژی و عملیات حرارتی در جوش
متالورژي، علمي است كه به ساختار داخلي فلز و تأثير اين ساختار بر خواص فلزات به بحث و گفتگو مي‌پردازد. وقتي كه در مورد متالورژي جوش صحبت مي‌كنيم، مقصود، بحث در مورد تغييراتي است كه در فلزات، در اثر عمليات جوشكاري رخ مي‌دهد، مخصوصاً در مورد تغييراتي كه بر خواص مكانيكي فلزات اثر گذار هستند. بنابراين درك اصول مربوط به متالورژي جوش براي بازرس بسيار مفيد بوده و در اغلب موارد از الزامات عمليات بازرسي محسوب مي‌گردد. به عنوان مثال، بسياري از خواص مكانيكي از جمله استحكام، سختي، انعطاف‌پذيري، چقرمگي، استحكام خستگي و مقاومت به سايش، در اثر تغييرات متالورژيكي ناشي از جوشكاري تحت تأثير قرار مي‌گيرند. اين خواص در اثر فاكتورهاي متالورژيكي متعدد از قبيل افزودن عناصر آلياژي، عمليات حرارتي و عمليات مكانيكي، تحت تأثير قرار مي‌گيرند.
در صورتيكه بازرس جوش نسبت به اين خواص آگاهي داشته باشد، مسلماً درك بهتري در مورد لزوم عمليات مختلف در حين ساخت خواهد داشت. در روند توليد مواردي از قبيل عمليات پيشگرم، پس‌گرم، كنترل درجه حرارت بين پاسي، كنترل حرارت ورودي، عمليات چكش كاري و عمليات حرارتي تنش زدايي مي‌توانند از طريق تغييرات متالورژيكي، خواص مكانيكي فلزات را تحت تأثير قرار دهند. در اين مقاله عمدتاً به متالورژي جوش فلزات آهني (فولادها) پرداخته خواهد شد. تغييرات مهمي كه ممكن است در حين جوشكاري رخ دهد را مي‌توان به دو دسته تقسيم‌بندي نمود:
دسته اول شامل تغييراتي است كه در اثر گرم شدن فلز از دماي اتاق به درجه حرارتهاي بالاتر و بالعكس از دماهاي بالا به درجه حرارتهاي پايين‌تر، رخ مي‌دهد.
دسته دوم تغييراتي است كه بر اثر نرخ نوسانات درجه حرارت بر خواص فلز عارض مي‌گردد. مخصوصاً زمانيكه يك فلز داغ، سريعاً تا رسيدن به دماي اتاق، سرد شود.
بدين منظور، آغاز بحث را با تغييراتي كه هنگام گرم و سرد شدن يكنواخت در يك فلز رخ مي‌دهد، شروع مي‌نماييم. ولي ناگفته نماند كه در جوشكاري به دليل گرم شدن موضعي نواحي تحت جوشكاري، حرارت دهي و سرد شدن غير يكنواخت بوده و هميشه با مسايل و مشكلات عديده‌اي همراه خواهد بود.
به منظور درك بهتر خواص متالورژيكي فلزات، مي‌بايد ابتدا توضيحاتي در مورد خواص ذرات تشكيل دهنده مواد، يعني اتمها ارائه گردد. اتمها با يكديگر تركيب شده، مواد جامد، مايعات و گازها را توليد مي‌نمايند. اتمها آنقدر كوچك هستند كه حتي با ميكروسكوپهاي قوي نيز قابل رويت نمي‌باشند. يكي از خواص مهم اين اتمها داشتن شكلي خاص در يك دماي معين مي‌باشد. اين بدان علت مي‌باشد كه وقتي اين اتمها در يك فاصله معيني در كنار هم قرار مي‌گيرند، نيروهاي مشخصي در ميان آنها اعمال مي‌گردد. بوسيله اين نيروها، اتمها جذب و دفع شده سپس همديگر را هل داده و يا به طرف هم مي‌كشند. بنابراين اتمها توسط اين نيروها به صورت شبكه كريستالي سه بعدي و متقارن روي هم قرار مي‌گيرند . اين اتمها در يك موقعيت ثابت قرار نگرفته و در حقيقت در يك فضاي تعادلي، تمايل به لرزش دارند. با توجه به درجه حرارت، اتمها در يك موقعيت تعادلي خاصي نسبت به يكديگر قرار مي‌گيرند.
زماني كه بين نيروهاي جاذبه و دافعه تعادل برقرار گردد اصطلاحاً گفته مي‌شود كه انرژي داخلي فلز در يك سطح پايدار قرار دارد. نيروي اعمال شده جهت نزديك كردن اتمهاي يك فلز به يكديگر توسط نيروي دافعه ميان آنها خنثي مي‌شود. خاصيت استحكام فشاري بالا در فلزات، نشان دهنده اين رفتار آنها مي‌باشد. بطور مشابه نيروهاي اعمال شده جهت كشيدن اتمها و دور كردن آنها از يكديگر، توسط نيروي جاذبه ميان آنها خنثي مي‌گردد. نيروي جاذبه ميان اتمها با افزايش فاصله ميان آنها كاهش مي‌يابد. رفتار مذكور را مي‌توان از طريق انجام آزمايش كشش مشاهده نمود. اعمال نيرو، زير حد تسليم، باعث افزايش طول نمونه شده و فاصله ميان اتمها را افزايش مي‌دهد. به دليل رفتار الاستيكي، پس از حذف نيرو، نمونه به طول اوليه برگشته و اين بدان معني است كه اتمها به وضعيت تعادلي اوليه خود برگشته‌اند.
در صورتيكه اعمال نيرو در آزمايش كشش فراتر از نقطه تسليم باشد، فلز رفتار پلاستيكي از خود نشان داده و طول نمونه و فضاهاي بين اتمي به حالت اوليه باز نمي‌گردند. اين بدان علت است كه وقتي فاصله بين اتمها از يك حد معيني فراتر مي‌رود، نيروهاي جاذبه بين اتمي قدرت كافي جهت برگرداندن اتمها به موقعيت اوليه را ندارند. زمانيكه نيروهاي بين اتمي در اثر دور شدن اتمها قادر به جذب اتمها در موقعيت اوليه نباشند، فلز دچار شكست (پارگي) مي‌شود.
همانطور كه قبلاً اشاره شد، در يك درجه حرارت يا انرژي داخلي معين، اتمهاي فلزي با فاصله‌هاي مشخصي كنار هم قرار مي‌گيرند. با اعمال حرارت، انرژي داخلي فلز افزايش يافته و در اثر ارتعاش بيشتر اتمها، فضاهاي بين آنها افزايش مي‌يابد.
تأثيرات اين افزايش انرژي، با چشم قابل مشاهده است زيرا انبساط كلي قطعه در اثر حركت هر يك از اتمها، شكل مي‌گيرد.
همينطور هر گونه كاهشي در درجه حرارت فلز، سبب نزديك شدن اتمها به يكديگر و انقباض كلي فلز مي‌گردد.
با افزايش درجه حرارت، ارتعاش اتمها و فضاي داخلي ميان آنها بيشتر شده و فلز منبسط مي‌شود. در صورتيكه افزايش درجه حرارت ادامه يابد، فاصله بين اتمي آنقدر زياد خواهد شد كه ديگر هيچ نيروي جاذبه‌اي ميان اتمها براي تشكيل ساختار كريستالي وجود ندارد. در اين شرايط فلز از حالت جامد به مذاب تبديل مي‌شود . دمايي كه در آن اين تغيير حالت، رخ مي‌دهد، به نقطه ذوب موسوم مي‌باشد. گرماي بيشتر باعث تغيير حالت مايع به گاز مي‌شود كه درجه حرارت اين تغيير حالت، به نقطه تبخير موسوم است.
فلزات در حالت جامد داراي كمترين انرژي داخلي و كوتاه‌ترين فضاي بين اتمي مي‌باشند و در حالت مايع انرژي داخلي بيشتر، فضاي بين اتمي بزرگتر و ساختار بي شكلي دارند. همينطور فلزات در حالت بخار از بيشترين انرژي داخلي و فاصله بين اتمي برخوردار بوده ضمناً ساختار بي‌شكلي دارند.
آشنایی با ملاحظات متالورژيكي جوش
از آنجايي كه عمليات جوشكاري مي‌تواند سبب تغييرات قابل توجهي در درجه حرارت فلز و سرعت سرد شدن آن از دماهاي بالا شود، بررسي تغييرات متالورژيكي ناشي از جوشكاري از اهميت خاصي برخوردار است . شكل ذیل، ارتباط ميان درجه حرارت مناطق مختلف جوش و دياگرام تعادلي آهن- كربن را نمايش مي‌دهد. مطابق شكل با توجه به محل نقاط درمنطقه جوش يا مجاور آن، ساختارهاي متالورژيكي متفاوتي ايجاد مي‌گردد. بيشترين درجه حرارت، مربوط به مركز حوضچه مذاب مي‌باشد كه فلز در اين ناحيه به حالت مذاب بوده و در حين سرد شدن از فازهاي مختلفي عبور مي‌كند. مناطق مجاور جوش (HAZ)، ذوب نشده ولي به دماي نسبتاً بالايي مي‌رسند. HAZ، به مناطقي از فلز پايه در مجاورت منطقه جوش گفته مي‌شود كه دماي آن مناطق، از نقطه ذوب فلز، كمتر ولي از دماي تبلور مجدد آن بيشتر مي‌باشد. در منطقه متأثر از حرارت (HAZ)، به دليل در ارتباط بودن با مناطق سرد فلز پايه، نرخ سرد شدن بالا بوده و پديده كوئنچينگ تماسي رخ مي‌دهد.
از آنجايي كه شرايط جوشكاري، تأثير قابل توجهي بر سرعت سرد شدن ناحيه جوش و HAZ دارد، تغييرات قابل توجهي در شكل‌گيري فازهاي مختلف ايجاد مي‌نمايد. برخي از شرايط جوشكاري كه در شكل گيري فازهاي مختلف مؤثرند، عبارتند از حرارت ورودي، استفاده از پيشگرم، معادل كربني و ضخامت فلز پايه. با افزايش حرارت ورودي، نرخ سرد شدن كاهش مي‌يابد. استفاده از الكترودهاي جوشكاري با قطر كم، كم بودن شدت جريان و افزايش سرعت جوشكاري، همگي در كاهش حرارت ورودي و در نتيجه افزايش نرخ سرد شدن مؤثر مي‌باشند. براي هر فرآيند جوشكاري قوسي، حرارت ورودي قابل محاسبه مي‌باشد. حرارت ورودي به شدت جريان، ولتاژ قوس و سرعت جوشكاري بستگي دارد. منظور از حرارت ورودي، حرارت اعمال شده به واحد طول جوش است كه از فرمول ذيل قابل محاسبه مي‌باشد:
در رابطه فوق، حرارت ورودي بر حسب ژول بر اينچ و سرعت جوشكاري برحسب اينچ بر دقيقه مي‌باشد، عدد 60، به منظور تبديل واحد دقيقه به ثانيه، در صورت كسر قرار گرفته است. مطابق با بعضي دستورالعمل‌هاي جوشكاري، كنترل حرارت ورودي توسط بازرس به منظور دستيابي به ريزساختار مطلوب در ناحيه جوش و HAZ، ضروري مي‌باشد.
مورد ديگري كه بر ريز ساختار ايجاد شده در ناحيه متأثر از حرارت (HAZ)، تأثير قابل توجهي دارد، استفاده از پيشگرم مي‌باشد. بطور كلي، عمليات پيشگرم، سبب كاهش سرعت سرد شدن در ناحيه جوش و HAZ شده و انعطاف‌پذيري را بهبود مي‌بخشد. زمانيكه از عمليات پيشگرم استفاده نمي‌شود، منطقه HAZ نسبتاً باريك بوده و از بيشترين ميزان سختي برخوردار خواهد بود.
در بعضي مواقع با توجه به محتواي عناصر آلياژي، احتمال شكل‌گيري فاز مارتنزيت وجود دارد. به هر حال زمانيكه از پيشگرم استفاده مي‌شود، HAZ عريض‌تر شده و به دليل كاهش سرعت سرد شدن، سختي آن بطور قابل توجهي كاهش مي‌يابد. ضمناً بجاي شكل‌گيري فاز مارتنزيت، فازهاي ديگري از قبيل فريت، پرليت و گاهي اوقات بينيت ايجاد خواهد شد. بنابراين در صورتيكه عمليات پيشگرم در دستورالعمل جوشكاري، ذكر شده باشد، كنترل آن يكي از الزامات مهم كار بازرس مي‌باشد.
فاكتور مهم ديگر در جوشكاري فولادها، معادل كربني (Carbon Equivalent) مي‌باشد. از آنجائيكه كربن بيشترين تأثير را بر سختيپذيري فولاد دارد، درصد آن در فولاد از اهميت خاصي برخوردار است. با افزايش درصد كربن، سختيپذيري فولاد افزايش مي‌يابد. منظور از سختيپذيري، قابليت سخت شدن فلز در اثر سرد شدن از دماي آستنيتي مي‌باشد.
ساير عناصر آلياژي نيز بر سختيپذيري فولاد تأثير گذار مي‌باشند. معادل كربني، تأثير تركيبي عناصر آلياژي مختلف را بر سختيپذيري فولاد مطرح مي‌نمايد. رابطه زير درمورد معادل كربني (C.E.) مطرح شده است: البته اين فرمول فقط براي فولادهاي كربني وكم آلياژي كه درصد عناصر آلياژي آنها فراتر از 0.5 درصد كربن، 1.5 درصد منگنز، 3.5 درصد نيكل، 1 درصد كرم، 1 درصد مس و 0.5 درصد موليبدن نيست، ارائه شده است.
پس از تعيين معادل كربني فولاد، مي‌توان محدوده پيشگرم مورد نياز جهت دستيابي به نتايج مطلوب را مشخص نمود. جدول ذيل، درجه حرارت پيشگرم پيشنهادي را با توجه به محدوده معادل كربني معين مي‌نمايد.
| معادل كربني | دماي پيشگرم پيشنهادي |
|---|---|
| تا 0.45 | اختياري |
| 0.45 تا 0.6 | 200 تا 400 (° F) |
| بالاي 0.6 | 400 تا 700 (° F) |
با توجه به راهنماي فوق، مهندس جوش قادر به تخمين زدن حدود درجه حرارت پيشگرم مورد نياز جهت دستيابي به نتايج رضايت بخش خواهد بود. ضخامت فلز پايه تاثير زيادي بر سرعت سرد شدن نواحي جوش و HAZ دارد، بطوريكه سرعت سرد شدن نواحي مذكور در قطعات ضخيم به مراتب بيشتر از قطعات نازك مي‌باشد.
در قطعات ضخيم به دليل حرارت فروكش (Heat Sink) بالاتر، سرد شدن جوش و HAZ با نرخ بيشتري صورت خواهد گرفت. بنابراين هنگام جوشكاري قطعات ضخيم مي‌بايد الزامات خاصي از جمله عمليات پيشگرم و كنترل درجه حرارت بين پاسي را به منظور كاهش سرعت سرد شدن و دستيابي به خواص مكانيكي مطلوب در نظر گرفت.
