پیش‌ گرم کردن در جوشکاری: تضمین یکپارچگی ساختاری در صنایع پیشرفته

تیر 22, 1403

• هانیه اعیان منش
• آموزش جوشکاری
• 0

پیش گرم کردن در جوشکاری: پیش‌گرم کردن شامل گرم کردن فلز پایه تا دمای مشخصی قبل از جوشکاریه. این مرحله آماده‌سازی اغلب نادیده گرفته میشه اما برای برخی مواد و شرایط ضروریه. هدف اصلی پیش‌ گرم کردن در جوشکاری  کاهش خطر ترک خوردگی، بهبود کیفیت جوش و اطمینان از موفقیت کلی عملیات جوشکاری است.

تا به حال شده که قطعات فلزی رو جوشکاری کنید و بعد با ناامیدی شاهد ترک خوردن یا تغییر شکل در محل اتصال باشید؟ دنیای جوشکاری پر از ظرافت‌هاییه که می‌تونه یه جوش بی‌نقص رو از یه فاجعه‌ی فلزی متمایز کنه. یکی از این ظرافت‌ها، هنر پیش‌گرم کردن هستش. تصور کنید فلزات مثل موجودات زنده‌ای هستن که در گرما و سرما حال و احوالشون فرق می‌کنه. موقع جوشکاری، فلزات به شدت گرم و سرد می‌شن و این تغییر دما می‌تونه باعث تنش‌های زیادی بشه، درست مثل یه آدم که از سرما ناگهان وارد حموم داغ میشه. این تنش‌ها می‌تونه به ترک خوردن، تغییر شکل و کلی دردسر دیگه منجر بشه.

اینجاست که پیش‌گرم کردن به کمک ما میاد. با پیش‌گرم کردن، فلز رو مثل یه آدم عاقل آماده‌ی تغییرات دما می‌کنیم. بهش یه شوک ناگهانی نمی‌دیم، بلکه با ملایمت گرمش می‌کنیم تا تنش‌ها رو به حداقل برسونیم. تا اینجا با اهمیت پیش‌گرم کردن و تاثیرات شگفت‌انگیز آن بر کیفیت و پایداری جوش‌ها آشنا شدیم. اما این فقط آغاز ماجراست! در ادامه‌ی این مقاله، به اعماق این علم ظریف سفر می‌کنیم و به سوالات کلیدی پاسخ می‌دهیم:

پیش‌گرم کردن چیست و چه فرآیندی دارد؟

چرا در برخی موارد، پیش‌گرم کردن به یک ضرورت حیاتی تبدیل می‌شود؟

چه عواملی بر میزان و نوع پیش‌گرم کردن تاثیر می‌گذارند؟

چگونه دمای ایده‌آل پیش‌گرم کردن را برای هر نوع فلز و شرایطی تعیین کنیم؟

با چه چالش‌هایی در حین پیش‌گرم کردن ممکن است روبرو شویم و چگونه بر آنها غلبه کنیم؟

در چه کاربردهایی، پیش‌گرم کردن نقشی حیاتی ایفا می‌کند؟

با مطالعه‌ی ادامه‌ی این مقاله، گویی که در کنار یک استاد مجرب جوشکاری ایستاده‌اید و تمام رموز و نکات پیش‌گرم کردن را از او می‌آموزید.

روش‌های رایج پیش‌گرم کردن فلزات

در دنیای جوشکاری، پیش‌گرم کردن فلزات مثل آماده کردن بستر برای ساخت یه بنای محکم و استواره. درست مثل آشپزی که فر رو گرم می‌کنه تا غذاش به بهترین شکل بپزه، پیش‌گرم کردن هم فلز رو به دمای ایده‌آل می‌رسونه تا یه جوشکاری بی‌نقص و بدون دردسر داشته باشید.  روش های مختلف پیش گرم کردن در جوشکاری مزایا و معایب خودشون رو دارن و انتخاب بهترین روش به نوع فلز، ضخامت اون و نیازهای خاص جوشکاری شما بستگی داره.

1. استفاده از مشعل:

استفاده از مشعل، یکی از ساده‌ترین و پرکاربردترین روش‌های پیش‌ گرم کردن در جوشکاری محسوب میشه. در این روش، از مشعل اکسی-سوخت یا پروپان برای گرم کردن مستقیم فلز استفاده می‌شه. برای رسیدن به یه گرمایش یکنواخت، باید مشعل رو به طور مداوم روی سطح فلز حرکت داد. این روش برای قطعات کوچیک و گرمایش‌های موضعی ایده‌آله و بیشتر تو جوشکاری‌های میدانی و کارهای تعمیراتی ازش استفاده می‌شه. همونطور که گفتیم این روش کلاسیک برای قطعات کوچیک و گرمایش‌های موضعی عالیه. فقط مراقب باشید که فلزتون نسوزه!

2. گرمایش مقاومت الکتریکی:

گرمایش الکتریکی با استفاده از پدها یا پتوهای گرمایشی سرامیکی، یه روش ایده‌آل برای ایجاد گرمایی کنترل‌شده و مطمئنه. این گرم‌کننده‌ها روی سطح فلز قرار می‌گیرن و به یه منبع تغذیه وصل می‌شن تا گرمایش مداوم و قابل تنظیمی رو ارائه بدن. گرمایش الکتریکی برای قطعات بزرگتر و نیازهای گرمایشی دقیق‌تر مناسبه و اغلب تو کاربردهای صنعتی و برای پیش‌گرم کردن بخش‌های ضخیم فلز استفاده می‌شه.

3. گرمایش القایی:

گرمایش القایی یه روش پیشرفته و کارآمد برای تولید گرما در داخل فلزه. در این روش، از میدان‌های الکترومغناطیسی برای ایجاد جریان‌های گردابی داخل فلز استفاده می‌شه که باعث گرم شدن اون از درون می‌شه. گرمایش القایی برای گرمایش سریع و دقیق مناسبه و بیشتر تو محیط‌های تولیدی و ساخت که گرمایش یکنواخت خیلی مهمه، ازش استفاده می‌شه. با گرمایش القایی، فلز شما از درون گرم می‌شه، درست مثل یه کتری روی اجاق برقی! این روش برای گرمایش سریع و یکنواخت، به خصوص برای قطعات پیچیده، خیلی کارآمده.

4. کوره‌ها و اجاق‌ها:

 تو این روش، قطعات فلزی داخل کوره یا اجاق قرار داده می‌شن و تا رسیدن به دمای مورد نظر گرم می‌شن. کوره‌ها و اجاق‌ها حکم غول‌های دنیای گرمایش رو دارن و می‌تونن قطعات یا مجموعه‌های بزرگ رو به طور کامل و یکنواخت گرم کنن. این روش تو صنایع بزرگ مثل هوافضا، خودروسازی و تولید ماشین‌آلات سنگین کاربرد داره.

 

چرا پیش‌ گرم کردن در جوشکاری ضروری است؟

 حالا رسیدیم به اینکه چرا پیش‌ گرم کردن در جوشکاری تا این حد مهمه؟ تصور کنید فلز شما مثل یه آدم عصبیه که از سرما یخ زده! اگر بدون پیش‌گرم کردن شروع به جوشکاری کنید، مثل اینه که یه سطل آب سرد رو روی سرش بریزید. نتیجه چی میشه؟ یه عالمه ترک، شکاف و یه جوشکاری پر از استرس! اما با پیش‌گرم کردن، فلز رو مثل یه دوست گرم و صمیمی آماده‌ی این تغییر دما می‌کنید. بهش یه شوک ناگهانی نمی‌دین، بلکه با ملایمت گرمش می‌کنید تا تنش‌ها رو به حداقل برسونید و یه جوشکاری نرم و روان داشته باشید.

1. خداحافظی با تنش‌های جوشکاری:

پیش‌گرم کردن مثل یه ابرقهرمان با تنش‌های جوشکاری مبارزه می‌کنه. با گرم کردن یکنواخت فلز، از ایجاد تنش‌های حرارتی در محل جوش جلوگیری می‌کنه. این تنش‌ها دشمنان اصلی جوش‌های شما هستن و می‌تونن مثل یه خرابکار ماهر، باعث ترک خوردن، پیچیدگی و تغییر شکل فلز بشن. پیش‌ گرم کردن در جوشکاری با مهربانی تمام، این تنش‌ها رو خنثی می‌کنه و یه بستر آرام و صاف برای جوشکاری بی‌نقص آماده می‌کنه. 

2. ترک‌ها؟ نه ممنون!

ترک‌ها مثل خنجرهایی هستن که از کمین‌گاه تاریکی به فلز شما حمله می‌کنن. یکی از دلایل اصلی پیش‌ گرم کردن در جوشکاری، جلوگیری از این دشمنان پنهانه. پیش‌گرم کردن با کاهش سرعت سرد شدن فلز، به هیدروژن فرصت کافی برای فرار از منطقه جوش و HAZ (منطقه ی متاثر از حرارت) می‌ده و از ایجاد ترک‌های سرد که مثل یه کابوس وحشتناک برای جوشکارها هستن، جلوگیری می‌کنه. علاوه بر این، پیش‌گرم کردن با ملایمت فلز رو گرم می‌کنه و از ایجاد ترک‌های حرارتی که مثل یه صاعقه ناگهانی به جوش شما آسیب می‌زنن، جلوگیری می‌کنه.  

3. جوش‌های قوی‌تر، نفوذ عمیق‌تر:

تصور کنید فلز شما یه اسفنج خشکه. پیش‌گرم کردن مثل آبتون کردن این اسفنجه. با گرم شدن فلز، ویسکوزیته اون کم می‌شه و فلز پرکننده (جوش) مثل یه رودخانه ی روان، می‌تونه به راحتی به داخل فلز پایه نفوذ کنه. این نفوذ عمیق‌تر، مثل یه پیوند محکم و ابدی، جوش شما رو قوی‌تر و باکیفیت‌تر می‌کنه و خیالتون رو از یه اتصال مطمئن و بادوام راحت می‌کنه.

4. ریزساختاری بی‌نظیر:

پیش‌گرم کردن مثل یه طراح ماهر عمل می‌کنه و ریزساختار جوش شما رو به بهترین شکل ممکن طراحی می‌کنه. با سرد شدن تدریجی فلز، ریزساختارهای مطلوب‌تر مثل فریت و پرلیت در فولادها تشکیل می‌شن که چقرمگی و انعطاف‌پذیری کلی جوش رو افزایش می‌دهند. این ریزساختار بی‌نظیر، مثل یه زره ی پولادین، جوش شما رو در برابر ضربه، فشار و سایش مقاوم می‌کنه و عمر مفید اون رو به طور قابل توجهی افزایش می‌ده.

5. قوس پایدار، جوشکاری بی‌نقص:

تصور کنید دارین یه نقاشی می‌کشید، اما دستتون به شدت می‌لرزه! خطوط کج و معوج می‌شن و نقاشی شما هیچ زیبایی نداره. جوشکاری بدون قوس پایدار هم دقیقا همین شکلیه. اما پیش‌گرم کردن مثل یه مسکن قوی عمل می‌کنه و لرزش دست شما رو تا حد زیادی کم می‌کنه. با گرم شدن فلز، قوس جوشکاری پایدارتر می‌شه و شما می‌تونید با دقت و ظرافت بیشتری جوشکاری کنید. دیگه خبری از جرقه، پرش قوس و خطوط نا‌منظم جوش نیست. با قوس پایدار، می‌تونید یه خط جوش صاف و یکدست مثل یه جاده ی صاف و هموار ایجاد کنید. دیگه خبری از ناهمواری، برآمدگی و فرورفتگی روی جوش نیست.

6. اعوجاج؟ نه دیگه!

حتما تا حالا شده که یه لیوان آب داغ رو توی یه لیوان خنک بذارید و ببینید که چطوری لیوان خنک ترک می‌خوره؟ فلز هم دقیقا همین شکلیه. گرم و سرد شدن ناگهانی، می‌تونه باعث اعوجاج و تغییر شکل فلز بشه و زحمات شما رو به باد بده. اما پیش‌گرم کردن مثل یه دوست مهربون، با فلز شما با ملایمت رفتار می‌کنه و از اعوجاج اون جلوگیری می‌کنه. با گرم کردن یکنواخت فلز، از ایجاد تنش‌های داخلی که باعث اعوجاج می‌شن، جلوگیری می‌شه.

این موضوع به خصوص توی کارهای ظریف و دقیق که باید ابعاد و اندازه‌ها به طور دقیق رعایت بشن، خیلی مهمه. عوجاج می‌تونه باعث بشه که قطعات جوشکاری شده غیرقابل استفاده بشن و شما مجبور بشید دوباره از اول کار کنید. پیش‌ گرم کردن در جوشکاری با جلوگیری از اعوجاج، به شما کمک می‌کنه تا در زمان و هزینه خودتون صرفه‌جویی کنید.

عوامل مؤثر بر نیازهای پیش‌ گرم کردن در جوشکاری

فرض کنید که شما مهندس ناظر ساخت این بنا هستید. وظیفه شما اینه که از استحکام پی و اساس و در نهایت پایداری بنا اطمینان حاصل کنید. برای این کار، باید از مصالح مرغوب و روش‌های اصولی استفاده کنید و با دقت تمام، مراحل ساخت رو زیر نظر داشته باشید.

در جوشکاری هم همینطوره. عواملی مثل ضخامت و نوع فلز، دمای محیط و روش جوشکاری، مثل مصالح و مراحل ساخت بنا هستن که روی پیش‌گرم کردن تاثیر می‌ذارن و باید به طور دقیق مورد توجه قرار بگیرن.

در این بخش، به عنوان مهندس ناظر پروژه جوشکاری، به این عوامل نگاهی می‌ندازیم و به شما می‌گیم که چطوری می‌تونید با دقت و ظرافت، مرحله پیش‌گرم کردن رو انجام بدید و یه بنای مستحکم و بی‌نقص از جنس جوشکاری خلق کنید!

1. نوع فلز:

تصور کنید یه عالمه فلز مونده رو زمین که هر کدوم یه جور خاص هستن. بعضی‌ها مثل فولاد، سفت و سختی می‌کنن و اگه یهو سرد بشن، ترک می‌خورن. بعضی‌ها مثل آلومینیوم، نازک و لرزون هستن و اگه یهو داغ بشن، از شکل می‌افتن. حالا وظیفه ما چیه؟ اینکه با ظرافت تمام، این فلزات رو گرم کنیم تا بتونیم به بهترین شکل ممکن به هم وصلشون کنیم. هر فلزی یه جور خاص رفتار می‌کنه. مثلا فولادهای پرکربن و ضخیم، بیشتر به پیش‌گرم کردن نیاز دارن تا یه آلومینیوم نازک.

• فولاد کربنی: 

فولاد کربنی، این رفیقِ قدیمیِ دنیای فلزات، گاهی اوقات توی جوشکاری کم می‌یاره و مغلوب ترک خوردگی میشه. چرا؟ قضیه سرِ کربنه. کربن مثل یه چاقوی دو لبه می‌مونه، سختی فولاد رو بالا می‌بره، ولی یه ذره هم که سرد شه زود می‌ترکه. حالا چیکار کنیم؟ پیش گرم کردن در جوشکاری همون کاری هست که باید انجام بدید! با گرم کردن این غول فلزی قبل از جوشکاری، جلوی تنش‌های ناشی از گرم و سرد شدن یهویی رو می‌گیریم و نمی‌ذاریم که ترک بخوره. فولادهای پرکربن و فولادهای با کربن متوسط چون شکننده‌ترن، بیشتر توی خطر ترک خوردن هستن و باید بیشتر پیش گرمشون کنیم.

پس یادتون نره: اگه با فولاد کربنی سر و کار دارید، پیش گرم کردن رو فراموش نکنید! این کلید پیروزی توی نبرد با ترک خوردگی و رسیدن به یه جوشکاری محکم و باکیفیته.

•  فولاد کم آلیاژ: 

فولاد کم آلیاژ: این رفیقِ فولاد کربنی، یه جورایی هم‌طراز اون هست، اما یه ذره قوی‌تر و خوش‌اخلاق‌تر. با این حال، این رفیق ما هم گاهی اوقات توی جوشکاری کم می‌یاره و ممکنه ترک بخوره. چرا؟ مشکل اینجاست که فولاد کم آلیاژ ممکنه عناصری مثل کروم، مولیبدن یا نیکل داشته باشه که سختیش رو زیاد می‌کنن. این سختی زیاد یه ذره که بیاد پایین، ممکنه فولادمون ترد بشه و ترک بخوره.

پیش گرم کردن در جوشکاری همون راه حلی هست که بهش نیاز دارید. مخصوصاً اگر فولاد کم آلیاژمون حاوی عناصری مثل کروم، مولیبدن یا نیکل باشه، باید بیشتر مراقب باشیم و پیش گرم کردن رو جدی‌تر بگیریم. این کار به جلوگیری از تشکیل ریزساختارهای ترد که باعث ترک خوردن می‌شن کمک می‌کنه.

•  فولاد ضد زنگ: 

فولاد ضد زنگ، یه فلز دوست‌داشتنی و پرکاربرد که همه عاشقش هستیم، یه ویژگی منحصر به فرد داره: مقاومت فوق‌العاده در برابر زنگ زدگی. اما راز جوشکاری بی‌نقص این فلز چیه؟ فولادهای ضد زنگ آستنیتی، که بیشتر از بقیه انواع این فلز استفاده می‌شن، به خاطر کربن کم و انعطاف‌پذیری بالا، نیازی به پیش‌گرم کردن قبل از جوشکاری ندارن.

اما صبر کنید! فولادهای ضد زنگ فریتی و مارتنزیتی یه کم لج‌بازتر هستن و ممکنه برای جوشکاری بدون دردسر، نیاز به پیش‌گرم کردن داشته باشن. چرا؟ چون که این نوع فولادها، بیشتر در معرض ترک خوردگی هستن.

 – سایر فلزات: فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم و مس معمولاً نیاز به پیش‌گرم کردن ندارند، اما برخی آلیاژها و شرایط خاص ممکن است آن را ضروری کنند.

2. ضخامت ماده:

تو دنیای جوشکاری فولاد ضد زنگ، ضخامت ماده حکم یه غول خفته رو داره که می‌تونه همه چیز رو تحت‌الشعاع قرار بده. غولی که اگه نادیده‌اش بگیری، می‌تونه با یه عالمه ترک خوردگی و دردسر، جوشکاری رو به یه کابوس تبدیل کنه. اما چطور می‌تونیم این غول رو تحت کنترل خودمون در بیاریم؟ راز کار تو سنجش ضخامت ماده‌ست!

• مواد ضخیم: این غولِ خفته عاشق مواد ضخیمه! تو اینجور مواد، تنش‌های زیادی بعد از جوشکاری به وجود میان و یهو کل کار سرد می‌شه. اینجاست که خطر ترک خوردگی سر و کله‌اش پیدا می‌شه.
• راه حل: برای اینکه این غول رو سر جاش بنشونیم، باید قبل از جوشکاری، حسابی گرمش کنیم و بعد از تموم شدن کار هم، یه جوری آهسته آهسته سردش کنیم.

• مواد نازک: برعکس مواد ضخیم، این غول تو مواد نازک خیلی زبون بسته‌ست. چون مواد نازک زودتر خنک می‌شن و تنش و ترک خوردگی هم کمتر سراغشون میاد.
• راه حل: تو اکثر مواقع، نیازی نیست که قبل از جوشکاری، مواد نازک رو گرم کنیم.

همیشه قبل از شروع  پیش‌ گرم کردن در جوشکاری، دستورالعمل‌های مربوط به نوع فولاد ضد زنگی که باهاش کار می‌کنید رو به دقت مطالعه کنید. ضخامت ماده فقط یه فاکتوره، تنش‌های داخلی و نوع جوشکاری هم تو تعیین نیاز به پیش‌گرم کردن نقشی داره.

3. فرآیند جوشکاری مورد استفاده:

تو دنیای جوشکاری، با روش‌های مختلفی می‌تونی فلزات رو به هم وصل کنی. هر کدوم از این روش‌ها مثل یه راز مخفی می‌مونه که یه عالمه کارایی داره. تو این مطلب، می‌خوایم یه نگاهی به انتخاب روش جوشکاری مناسب بندازیم، یه قدم مهم که بهت کمک می‌کنه تا یه اتصال محکم و بی‌نقص داشته باشی. فرآیند جوشکاری مثل انتخاب لباسه!

فرض کن داری می‌خوای یه روز سرد زمستونی رو بیرون بری. باید یه لباس گرم و مناسب انتخاب کنی تا سرما اذیتت نکنه. تو جوشکاری هم همینطوره. باید با توجه به نوع فلز، ضخامت و نتیجه نهایی که می‌خوای، روش درست رو انتخاب کنی.

روش‌های مختلف جوشکاری:

• جوشکاری قوس فلزی با الکترود پوشش‌دار (SMAW): این روش حرارت زیادی تولید می‌کنه و برای فلزات ضخیم و پرکربن عالیه.
• جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ (GMAW): یه روش پرکاربرد که برای انواع مختلف فلزات مناسبه.
• جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (GTAW): این روش حرارت کمتری داره و برای کارهای ظریف‌تر مناسبه.
• جوشکاری قوس با سیم توپودری (FCAW): شبیه به SMAW هست و برای فلزات ضخیم و پرکربن کاربرد داره.

حالا کدوم روش رو انتخاب کنیم؟ این یه سواله که فقط با یه جواب کلی نمی‌شه بهش پاسخ داد. انتخاب روش درست به یه سری فاکتور مثل نوع فلز، ضخامت، شکل ظاهری و نتیجه نهایی که می‌خوایم برسیم بستگی داره. یه جوشکار ماهر کسیه که با شناخت مزایا و معایب هر روش، بهترین انتخاب رو برای کارش انجام می‌ده.

4. شرایط محیطی:

تا حالا شده تو یه روز زمستونی خیلی سرد، با فلز کار کنی؟ فلز تو اون هوا سرده و شکننده می‌شه و خیلی راحت ترک می‌خوره. تو جوشکاری هم همینطوره. اگه تو محیط‌های سرد کار کنی، خطر شوک حرارتی و ترک خوردگی خیلی بیشتر می‌شه. راه حل چیه؟

پیش‌گرم کردن در جوشکاری! مثل یه جادوگر ماهر، با گرم کردن فلز قبل از جوشکاری، می‌تونی دمای اون رو به یه حد مطلوب برسونی و از شر سرما خلاص شی. اینطوری فلز نرم و آماده میشه و یه جوش محکم و بی‌نقص بهت می‌ده.

اما فقط سرما نیست که باید حواست بهش باشه! تو گرما و شرجی هم باید مراقب باشی. رطوبت می‌تونه یه دشمن بزرگ برای جوشکاری باشه و باعث ترک خوردگی ناشی از هیدروژن بشه. راه حل چیه؟ محیط جوشکاری مهمه! سرما، گرما و رطوبت می‌تونن دردسرساز باشن. پیش‌گرم کردن ناجی توه! با گرم کردن فلز، از شر دشمنان جوشکاری خلاص می‌شی و یه اتصال محکم و بی‌نقص داری.

 تعیین دمای مناسب پیش‌ گرم کردن در جوشکاری

1. راهنمایی‌های پیش گرم کردن برای فلزات مختلف:

در این بخش به دنیای  پیش‌ گرم کردن در جوشکاری برای فلزات مختلف سفر می‌کنیم و به شما کمک می‌کنیم تا با انتخاب دمای مناسب، به یک جوشکار ماهر تبدیل شوید. گویی با هر فلز، راز جدیدی را کشف می‌کنید و در نهایت، به یک استاد جوشکاری تبدیل می‌شوید.

فولادهای کربنی:

• فولاد کم کربن (تا 0.30% کربن): برای نوازش این ظریفان، دمای پیش‌گرم بین 50 تا 150 درجه سانتی‌گراد (122 تا 302 درجه فارنهایت) کافی است.
• فولاد کربن متوسط (0.30% تا 0.60% کربن): این فولادها کمی به گرمای بیشتر نیاز دارند، به همین خاطر دما را بین 150 تا 300 درجه سانتی‌گراد (302 تا 572 درجه فارنهایت) تنظیم کنید.
• فولاد پرکربن (بیش از 0.60% کربن): برای این فولادهای قوی، پیش‌گرمی بین 250 تا 400 درجه سانتی‌گراد (482 تا 752 درجه فارنهایت) لازم است.

فولادهای کم آلیاژ:

• این فولادها که با عناصری مثل کروم، مولیبدن یا نیکل تقویت شده‌اند، دمای پیش‌گرمی بین 150 تا 400 درجه سانتی‌گراد (302 تا 752 درجه فارنهایت) را بسته به نوع آلیاژ و ضخامت، طلب می‌کنند.

فولادهای ضد زنگ:

• فولادهای ضد زنگ آستنیتی: خوشبختانه این فولادها عاشق خنکی هستند و نیازی به پیش‌گرم ندارند.
• فولادهای ضد زنگ فریتی و مارتنزیتی: برای احتیاط بیشتر و جلوگیری از ترک خوردگی، دما را بین 150 تا 300 درجه سانتی‌گراد (302 تا 572 درجه فارنهایت) تنظیم کنید.

سایر فلزات:

• فلزات غیرآهنی: فلزاتی مثل آلومینیوم و مس معمولاً به پیش‌گرم احتیاجی ندارند، اما در برخی آلیاژهای خاص یا قطعات ضخیم، دمای 100 تا 200 درجه سانتی‌گراد (212 تا 392 درجه فارنهایت) کارآمد خواهد بود.

نکات کلیدی:

• همیشه قبل از جوشکاری، دستورالعمل‌های مربوط به نوع فلز و ضخامت آن را بررسی کنید.
• از دماسنج‌های دقیق برای اندازه‌گیری دمای پیش‌گرم استفاده کنید.
• گرمایش یکنواخت قطعه کار بسیار مهم است.
• در صورت عدم اطمینان، با متخصصان جوشکاری مشورت کنید.

2. نقش کربن معادل (CE) در تعیین دمای پیش‌گرم:

همونطور که می‌دونید جوشکاری یه کار ظریفیه و باید حواسمون به همه چی باشه. یکی از مهم‌ترین نکات، پیش‌گرم کردن فلز قبل از جوشکاری هست. این کار باعث میشه که فلز کمتر تنش داشته باشه و ترک نخوره. اما چقدر باید فلز رو پیش‌گرم کنیم؟ اینجا یه راهنمای ساده با استفاده از کربن معادل (CE) بهتون میدم که خیالتون رو راحت کنه.

کربن معادل چیه؟

CE یه عددیه که نشون میده چقدر احتمال داره که فلز موقع جوشکاری ترک بخوره. هر چی CE بیشتر باشه، احتمال ترک خوردن هم بیشتره.

محاسبه CE:

CE رو میشه با یه فرمول ساده حساب کرد:

CE = %C + %Mn/6 + (%Cr + %Mo + %V)/5 + (%Cu + %Ni)/15

تو این فرمول:

• %C درصد کربن
• %Mn درصد منگنز
• %Cr درصد کروم
• %Mo درصد مولیبدن
• %V درصد وانادیوم
• %Cu درصد مس
• %Ni درصد نیکل

هست.

تنظیم دمای پیش‌گرم:

حالا که CE رو حساب کردید، میتونید دمای پیش‌گرم رو با توجه به اون تنظیم کنید:

• CE < 0.40: برای فولادهای کم‌کربن (CE کمتر از 0.40) معمولا نیازی به پیش‌گرم نیست.
• CE 0.40 – 0.60: برای این فولادها، پیش‌گرم بین 100 تا 250 درجه سانتیگراد (212 تا 482 درجه فارنهایت) کافیه، البته به ضخامت فلز هم بستگی داره.
• CE > 0.60: فولادهای پرکربن (CE بیشتر از 0.60) به پیش‌گرم بیشتری بین 200 تا 400 درجه سانتیگراد (392 تا 752 درجه فارنهایت) نیاز دارن تا از ترک خوردن و داشتن یه جوش بی‌نقص مطمئن بشید.

مزایای استفاده از CE:

• جلوگیری از ترک خوردن: پیش‌گرم با استفاده از CE به طور قابل توجهی خطر ترک خوردگی فلز را در هنگام جوشکاری کاهش می‌دهد.
• جوشکاری با کیفیت: پیش‌گرم صحیح منجر به جوش‌های سخت‌تر، قوی‌تر و با ظاهری بهتر می‌شود.
• کاهش تنش‌ها: پیش‌گرم به کاهش تنش‌های داخلی فلز کمک می‌کند که می‌تواند منجر به ایجاد ترک در جوش شود.
• افزایش ایمنی: پیش‌گرم با کاهش خطر ترک خوردگی، محیط کار امن‌تر را برای جوشکار فراهم می‌کند.

با استفاده از کربن معادل (CE) می‌تونید به راحتی دمای پیش‌گرم مناسب برای هر نوع فولاد را تعیین کنید. این کار به شما کمک می‌کند تا از ترک خوردگی، ایجاد جوش با کیفیت و افزایش ایمنی در محیط کار خود اطمینان حاصل کنید. 

3. استانداردها و توصیه‌های صنعتی در رابطه با پیش‌ گرم کردن در جوشکاری:

خوشبختانه، سازمان‌های مهمی مثل انجمن جوشکاری آمریکا (AWS)، انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME) و سازمان بین‌المللی استاندارد (ISO) تحقیقات زیادی تو زمینه پیش‌گرم کردن فلزات انجام دادن و دستورالعمل‌های دقیقی ارائه کردن.

• AWS: این سازمان تو کدهای مختلف جوشکاری، مثل AWS D1.1 برای جوشکاری فولاد ساختمانی، به طور دقیق مشخص کرده که برای هر نوع فلز، ضخامت و روش جوشکاری، چه دمای پیش‌گرمی لازم هست.
• ASME: تو استانداردهای ASME، به خصوص تو کد مخازن تحت فشار و دیگ‌های بخار (BPVC)، الزامات پیش‌گرم برای فلزات مختلفی که تو مخازن تحت فشار و سیستم‌های لوله‌کشی استفاده می‌شن، مشخص شده.
• ISO: استانداردهای ISO مثل ISO 13916 اصول کلی پیش‌گرم رو ارائه می‌کنن و محدوده دمایی مناسبی رو برای مواد و شرایط مختلف پیشنهاد می‌کنن.

با این راهنما خیالت راحته!

با استفاده از این دستورالعمل‌های استاندارد و یه ذره دقت، می‌تونی دمای پیش‌گرم مناسب رو برای هر نوع جوشکاری به راحتی پیدا کنی و خیالت راحت باشه که:

• فلزت ترک نمی‌خوره: پیش‌گرم اصولی، احتمال ترک خوردن فلز رو به طور قابل توجهی کم می‌کنه.
• جوشکاری بی‌نقصی خواهی داشت: پیش‌گرم درست، باعث میشه جوش‌ها سخت‌تر، قوی‌تر و زیباتر بشن.
• تنش‌های فلز کم میشه: پیش‌گرم به کم شدن تنش‌های داخلی فلز کمک می‌کنه و از ایجاد ترک تو جوش جلوگیری می‌کنه.
• محیط کار امن‌تری خواهی داشت: پیش‌گرم با کم کردن خطر ترک خوردن، یه محیط کار امن‌تر برای تو و همکارات فراهم می‌کنه.

چالش‌های رایج و راه‌حل‌های پیش گرم کردن در جوشکاری

 توی این بخش، می‌خوایم در مورد چالش‌های رایج جوشکاری در شرایط سخت صحبت کنیم و راهکارهای غلبه بر اون‌ها رو بهتون بگیم.

1. ضخامت‌های مختلف، دماهای مختلف:

تصور کنید دارین یه لوله ضخیم و یه ورق نازک رو به هم جوش می‌دید. چطور می‌تونید مطمئن بشید که هر دو قطعه به طور یکنواخت گرم شدن؟

راه حل:

• پیش‌گرم کردن در جوشکاری به صورت مرحله‌ای: مثل پخت یه کیک لایه‌ای، اول سراغ قطعه ضخیم‌تر برید و بعد به سراغ نازک‌ترش.
• گرمایش چند منطقه‌ای: از یه سیستم گرمایشی باهوش استفاده کنید که می‌تونه دما رو توی هر منطقه به طور جداگانه تنظیم کنه.
• عایق حرارتی: یه پتو گرم به دور قطعه نازک‌تر بپیچید تا گرمای بیشتر رو حفظ کنه.

 (نیاز به عکس)

2.هوای سرد، دشمن جوش:

تو زمستون یا مناطق سرد، فلز زودتر سرد می‌شه و جوشکاری سخت‌تر می‌شه.

راه حل:

• محفظه گرم: یه چادر یا یه جعبه گرم بسازید تا هوای سرد رو از محل جوشکاری دور نگه دارید.
• کوره پیش‌گرم: قبل از شروع جوشکاری، قطعه رو توی کوره گرم کنید تا حسابی داغ بشه.
• دماسنج دقیق: همیشه یه دماسنج دم دستتون باشه تا مطمئن بشید دما توی محدوده مناسب قرار داره.

 

3. تجهیزات محدود، جوشکاری نامحدود:

به همه تجهیزات پیشرفته دسترسی ندارید؟ نگران نباشید!

راه حل:

• گرمایشی‌های قابل حمل: یه مشعل یا یه کپسول گاز می‌تونه ناجی شما باشه.
• پدهای گرمایشی: این پدها مثل یه سشوار عمل می‌کنن و فلز رو گرم می‌کنن.
• سیستم‌های القایی: یه تکنولوژی جدید که فلز رو سریع و دقیق گرم می‌کنه.
• تجهیزات یدکی: همیشه یه جوره‌بکاپ داشته باشید تا اگه یه چیزی خراب شد، کارتون لنگ نمونه.

کاربردهای  پیش‌ گرم کردن در جوشکاری

 دنیای جوشکاری پر از چالش‌های مختلفه. یکی از این چالش‌ها، ترک خوردن جوشه که می‌تونه مثل کابوس برای هر جوشکاری باشه. حالا یه راه حل جادویی به اسم پیش گرم کردن وجود داره که خیالتون رو از ترک خوردن جوش راحت می‌کنه. تصور کنید دارین یه سازه فلزی عظیم رو جوشکاری می‌کنین. ناگهان، صدای وحشتناکی می‌شنوید و می‌بینید که ترک بزرگی توی جوش ایجاد شده. وحشتناکه، درسته؟ اما با پیش گرم کردن، دیگه نیازی به نگرانی نیست. این فرآیند مثل یه طلسم عمل می‌کنه و فلز رو قبل از جوشکاری گرم می‌کنه تا از ترک خوردن اون جلوگیری کنه.

1. جوشکاری سازه‌ای:

چطور این سازه‌های غول‌پیکر ساخته می‌شن؟ راز استحکامشون چیه؟ یه بخش مهمش توی جوشکاریه، اما هر جوشکاری‌ای نه! یه فرآیند به اسم پیش‌گرم کردن هست که نقش ابرقهرمانی رو تو ساخت این غول‌های فلزی ایفا می‌کنه. حالا تصور کن داری دو تا تیکه فولاد ضخیم رو به هم جوش می‌دی. بدون پیش‌گرم کردن، ممکنه جوش ترک بخوره و ضعیف بشه. اما با پیش‌گرم کردن، فلز نرم‌تر میشه و تنش‌های جوشکاری هم کم میشه. نتیجه چی میشه؟ جوش‌های محکم‌تر و سازه‌هایی که خیالمون از استحکامشون راحته. از پل‌ها و برج‌های بلند گرفته تا استادیوم‌ها و سکوهای نفتی، ردپای پیش‌گرم کردن رو میشه تو استحکام هر کدوم از این غول‌های فلزی دید.

2. ساخت مخازن تحت فشار:

مخازن تحت فشار، دنیایی از انرژی رو تو خودشون ذخیره می‌کنن. از دیگ‌های بخار غول‌پیکر نیروگاه‌ها تا مخازن ذخیره گاز، همه‌شون باید طوری جوشکاری بشن که ذره‌ای نشتی نداشته باشن. پیش‌گرم کردن تو این زمینه، حکم یه فرشته نجات رو داره. با کم کردن تنش‌ها و افزایش انعطاف‌پذیری فلز، از ترک خوردن و نشت مخازن جلوگیری می‌کنه و خیالمون رو از امنیت این غول‌های پرقدرت راحت نگه می‌داره.

3. ساخت خطوط لوله:

خطوط لوله، رگ‌های حیاتی تمدن امروزی هستن که نفت، گاز و آب رو به اقصی نقاط جهان می‌رسونن. جوشکاری تو این خطوط باید بی‌نقص باشه، چون هرگونه ترک خوردگی یا نشتی می‌تونه فاجعه‌بار باشه. پیش‌گرم کردن، با از بین بردن تنش‌ها و افزایش کیفیت جوش، خیالمون رو از سلامت و پایداری این شاهراه‌های زیرزمینی راحت می‌کنه. 

4. صنعت هوافضا:

تو صنعت هوافضا، با جون انسان‌ها سروکار داریم. به همین دلیل، هر جوش باید بی‌نقص و مطمئن باشه. پیش‌گرم کردن تو این صنعت، نقشی اساسی تو جوشکاری آلومینیوم، تیتانیوم و سایر آلیاژهای حساس ایفا می‌کنه. با ظرافت و دقتی مثال‌زدنی، تنش‌ها رو کم می‌کنه و کیفیت جوش رو به بالاترین سطح خودش می‌رسونه. نتیجه چی میشه؟ هواپیماهایی که با خیالی آسوده تو آسمان‌ها پرواز می‌کنن.

کلام آخر

 پیش‌ گرم کردن در جوشکاری، یک مرحله ساده اما ضروری برای اطمینان از کیفیت و دوام اتصالات جوشکاری شده است. با صرف زمان و تلاش اندک برای پیش‌گرم کردن، می‌توانید از ترک خوردگی، اعوجاج و سایر مشکلات جوشکاری جلوگیری کنید و به نتایج جوشکاری بی‌نظیر دست پیدا کنید.آیا برای یادگیری بیشتر در مورد پیش‌گرم کردن فلز یا سایر تکنیک‌های جوشکاری مشتاق هستید؟ منابع زیادی برای کمک به شما در این زمینه وجود دارد. ‍با کمی مطالعه و تمرین، می‌توانید به یک جوشکار ماهر تبدیل شوید که اتصالات جوشکاری بی‌نقص و بادوام ایجاد می‌کند. ‍‍

سؤالات متداول پیش گرم کردن فلز قبل از جوشکاری

۱- پیش‌ گرم کردن در جوشکاری: ضروری یا نه؟

درست است که پیش‌گرم کردن در اکثر فرآیندهای جوشکاری، به خصوص برای فلزاتی که مستعد ترک خوردن یا اعوجاج هستند، ضروری است.

2. چگونه پیش‌گرم کردن ترک خوردگی را در اتصالات جوشکاری شده به حداقل می‌رساند؟

پیش‌گرم کردن به کاهش اختلاف دما بین منطقه جوش و فلز اطراف کمک میکنه و از سرد شدن سریع جلوگیری میکنه در نتیجه خطر ترک خوردگی را به حداقل میرسونه.

3. آیا می‌توان برای صرفه‌جویی در زمان و هزینه، پیش‌گرم کردن را حذف کرد؟

گرچه ممکنه به نظر برسد که این یک مرحله وقت‌گیر هست اما حذف پیش‌گرم کردن میتونه منجر به کیفیت جوش ضعیف، افزایش کار مجدد و در نهایت هزینه‌های کلی بالاتر در دراز مدت بشه.

4. دمای پیش‌گرم توصیه شده برای فولاد کربنی چقدر است؟

دمای پیش‌گرم توصیه شده برای فولاد کربنی معمولاً بین 150°C تا 300°C است که بسته به عواملی مانند ضخامت ماده و فرآیند جوشکاری متفاوته.

5. آیا اقدامات ایمنی خاصی برای پیش‌گرم کردن فلز باید در نظر گرفته شود؟

بله، اقدامات ایمنی مانند تهویه مناسب، اقدامات ایمنی آتش و تجهیزات حفاظت فردی (PPE) باید رعایت بشه تا از حوادث جلوگیری شده و ایمنی کارگران تضمین بشه.