بهترین فلزات برای جوشکاری کدامند؟ دلیل این اتفاق چیست؟

جوشکاری یکی از روش های اتصال دائمی فلزات به یکدیگر است که در صده‌ی اخیر توانسته است میان صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای داشته باشد. جوشکاری بر خلاف ظاهر ساده‌ای که دارد، فرایند نسبتا پیچیده‌ایست که بر پایه علوم مختلفی مانند برق، متالورژی، خوردگی، انتقال حرارت و … بنا شده است. همین پیچیدگی است که باعث می‌شود که فرایند جوشکاری برای اتصال موفق چالش‌های بزرگی بر سر راه خود داشته باشد. یکی از راهکارهای غلبه بر این چالش‌ها این است که فلزات مناسب‌تری انتخاب شوند که جوش‌پذیری بهتری دارند و فرایند‌های پیش و پس از جوشکاری کمتری برای جلوگیری از ناموفق بودن جوش، نیاز داشته باشند. در ادامه به معرفی بهترین فلزات برای برای جوشکاری می‌پردازیم.

فولاد کم کربن

بسیاری از مهندسین جوشکاری معتقدند که فولاد کم کربن بهترین گزینه برای جوشکاری است. دلایل زیادی برای این جوش‌پذیری مناسب وجود دارد. اصلی‌ترین علت جوش‌پذیری فوق‌العاده فولاد کم کربن این است که این دسته از فولاد، خاصیت داکتیلیته و چکش‌خواری بسیار مناسبی در مقایسه با سایر گرید‌های فولادی دارد. وجود مقدار پایین کربن و همچنین مقادیر ناچیز عناصر آلیاژی باعث شده است که امکان تشکیل ساختارهای ترد همانند مارتنزیت و همچنین فازهای میانی ترد مانند اکسیدها و کاربیدهای آلیاژی به حداقل ممکن برسد. به همین دلیل، امکان تخریب جوش ناشی از برخی از متعارف‌ترین شکست‌های جوشکاری مانند ترک هیدروژنی به حداقل می‌رسد.

دلیل دیگر جوش‌پذیری بالای فولاد کم کربن این است که این سری از فولادها از دیرباز تا کنون در کاربردهای بسیار گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند. قطعات متعددی از فولاد کم کربن در مصارف گوناگون وجود داشته است که نیاز به جوشکاری داشتند. این امر باعث شده است که مطالعه برای شناخت شرایط مناسب جوشکاری فولاد کم کربن دارای عقبه‌ی نسبتا طولانی‌ای باشد و به تبع آن تکنولوژی جوش بر روی این فولادها هر روز بهبود یافت.

استنلس استیل

استنلس استیل یا همان فولاد زنگ نزن نیز از جمله دسته‌ای از مواد فولادی است که توانایی جوشکاری برای آن امکان‌پذیر است. این دسته از فولادها به دلیل دارا بودن مقادیر زیاد عناصر آلیاژی نیاز به دقت بالاتری برای جوشکاری دارند و تکنیک‌های معمولی جوشکاری عموما بر روی استنلس استیل کاربرد موفقیت آمیزی ندارد. جالب است بدانید به طور کلی، فولادهای زنگ نزن آستنیتی همانند استیل‌های سری 300 و همچنین استنلس استیل فریتی قابلیت جوشکاری مناسب‌تری نسبت به فولاد زنگ نزن مارتنزیتی دارند، زیرا مارتنزیت فاز تردی است که می‌تواند منجر به ترک جوش شود.

مشکلات جوشکاری استنلس استیل

با این وجود، جوشکاری استنلس استیل دارای چالش‌هایی نیز است. به عنوان مثال، کروم که یکی از عناصر آلیاژی اساسی در استنلس استیل است زمانی که در مجاورت گرمای ناشی از جوشکاری قرار می‌گیرد تمایل به واکنش با کربن فولاد دارد. به همین دلیل دیگر با اکسیژن واکنش نمی‌دهد و لایه اکسیدی محافظ در برابر خوردگی از بین می‌رود.

راهکار رفع مشکل جوش بر روی استنلس استیل

برای رفع مشکل ذکر شده، دو راه حل کلی وجود دارد. یکی این است که به سراغ گریدهایی از استنلس استیل برویم که توسط تیتانیوم و یا نیوبیوم پایدار شده باشند. به عنوان مثال استیل 321 که با نام استیل نسوز نیز شناسایی می‌شود به دلیل دارا بودن تیتانیوم می‌تواند جوشکاری شود. تیتانیوم پیش از کروم با کربن واکنش می‌دهد و فرصت شکل‌گیری کاربید کروم را نمی‌دهد. راهکار دوم هم این است که به طور کلی از فولادهای زنگ نزن کم کربن استفاده شود که کروم فرصت چندانی برای واکنش با آن پیدا نکند.

جوشکاری آلومنیوم

در گذشته باور بر این بود که آلومینیوم و آلیاژهای آن خاصیت جوش‌پذیری ندارند اما با گسترش تکنولوژی و ابداع تکنیک‌های جدید جوشکاری این امکان فراهم آمده است. نکته قابل توجه در جوشکاری آلومینیوم این است که باید از گریدهای مناسبی برای جوشکاری استفاده کرد. به عنوان مثال تقریبا تمامی آلومینیوم‌های سری 1000 جوش‌پذیر هستند اما آلومینیوم‌های سری 2000 قابلیت جوشکاری ندارند. سری 6000 نیز تنها در صورتی جوشکاری می‌شوند که از دستگاه‌های جوشکاری پیشرفته نظیر جوشکاری قوس الکتریکی در پناه گاز محافظ (MIG) استفاده شود و فیلری که به عنوان پرکننده استفاده می‌شود از گرید مناسبی باشد.

مشکلات جوشکاری آلومینیوم

مشکل جوشکاری آلومینیوم این است که پس از اتمام عملیات، استحکام خط جوش در برخی موارد بسیار کاهش می‌یابد. به طوری که بر طبق گزارش‌های انجام شده، استحکام خط جوش آلومینیوم 6061 حدودا فقط ۴۰ درصد فلز زمینه است. این امر منجر می‌شود که قطعه به نوعی در مقابل ضربه آسیب‌پذیر باشد و در کمتر از نیمی از حداکثر تنش قابل تحمل خود بشکند.

راهکار رفع مشکل جوشکاری آلومینیوم

برای رفع مشکل مذکور راه حل‌های متعددی گزارش شده است اما کارآمد‌ترین راه حل استفاده از عملیات حرارتی است. برخ از انواع عملیات حرارتی نظیر T6 که در مورد گریدهای آلومینیومی مورد استفاده قرار می‌گیرد این قابلیت را دارد که استحکام ناحیه جوش خورده را از حدود 40 درصد تا حدود 80 درصد ارتقا ببخشد که در شرایط کنونی بهترین عدد گزارش شده به شمار می‌آید.

جوشکاری سایر فلزات

به غیر از موارد اشاره شده می‌توان گفت که جوشکاری مابقی فلزات با چالش‌های بزرگی روبرو است. به عنوان مثال؛ برای جوشکاری تیتانیوم نیاز به تجهیزات پیشرفته‌تر و انواع گازهای محافظ است که از اکسید شدن تیتانیوم جلوگیری کند. همچنین؛ فولادهای کم کربن به عملیات قبل و بعد از جوشکاری دارند که از ترک ترد هیدروژنی در آنها جلوگیری شود و این امر می‌تواند وقت‌گیر باشد و یا صرفه اقتصادی نداشته باشد. برای جوشکاری سوپر آلیاژها نیز نیاز به خلاء کامل است تا کیفیت خط جوش افت نکند. پس می‌توان گفت به عبارتی موارد معرفی شده، بهترین فلزات برای جوشکاری به شمار می‌روند.

جمع‌بندی

در این مقاله ابتدا به توضیح این مطلب پرداختیم که جوش‌پذیری به چه معنا است و چرا برخی از فلزات و آلیاژ‌ها قابلیت جوشکاری ندارند. در ادامه به معرفی بهترین فلزات برای جوشکاری پرداختیم و هر کدام را به دقت مورد ارزیابی قرار دادیم. شما عزیزان می‌توانید برای آگاهی از قیمت روز آهن آلات و فولادهای آلیاژی و خرید آن از طریق مسیر زیر وارد وب سایت فولادینو شوید.