تغییر شکل جوش یک مسئله رایج در ساخت فولاد سازه و ساخت و ساز فولادی است . تغییر شکل بیش از حد می تواند بر دقت ابعادی اجزای فولادی تأثیر بگذارد، در هنگام مونتاژ و نصب مشکلاتی ایجاد کند و عملکرد کلی سازه فولادی تکمیل شده را کاهش دهد.

در موارد شدید، تغییر شکل جوش ممکن است باعث ایجاد گشتاورهای خمشی اضافی، تنش های ثانویه و مشکلات تراز شود. بنابراین، کنترل موثر اعوجاج جوشکاری بخش مهمی از طراحی، ساخت و مدیریت کیفیت سازه فولادی است.

چرا تغییر شکل جوش رخ می دهد؟

در حین جوشکاری، فولاد اطراف جوش به سرعت گرم می شود و سپس به طور ناهموار سرد می شود. این انبساط و انقباض حرارتی ناهموار می تواند باعث شود:

• تغییر شکل زاویه ای

• جمع شدگی طولی

• انقباض عرضی

• تغییر شکل خمشی

• پیچش

• کمانش موضعی

• انحراف ابعاد کلی

میزان تغییر شکل به عواملی مانند ضخامت صفحه، اندازه جوش، حرارت ورودی، طراحی اتصال، ترتیب جوش، شرایط مهار و خواص مواد بستگی دارد.

روشهای کنترل تغییر شکل جوشکاری

1. سطح مقطع جوش را کاهش دهید

هنگامی که الزامات کیفیت جوش و استحکام سازه هنوز برآورده می شود، زاویه شیار و شکاف ریشه باید تا حد امکان کوچک نگه داشته شوند.

کاهش میزان رسوب فلز جوش به کاهش حرارت ورودی و انقباض جوش کمک می کند.

2. ورودی گرمای جوشکاری را کنترل کنید

برای فولادهای مناسب با استحکام تسلیم کمتر از حدود 345 مگاپاسکال و سختی پذیری نسبتاً کم، باید از گرمای بیش از حد خودداری شود.

در مواردی که توسط روش جوشکاری مجاز مجاز است، دمای پیش گرمایش و بین پاسی باید به طور مناسب کنترل شود.

فرآیندهای جوشکاری با ورودی کم، مانند جوشکاری محافظ گاز CO2 ، می تواند به کاهش تغییر شکل حرارتی کمک کند.

تمام پارامترهای جوشکاری باید با رویه های جوشکاری تایید شده و استانداردهای اجرایی پروژه مطابقت داشته باشد.

3. از جوش چند پاس برای صفحات ضخیم استفاده کنید

برای صفحات فولادی ضخیم، معمولاً جوش چند پاسی نسبت به رسوب دادن یک جوش بزرگ در یک پاس ترجیح داده می شود.

جوشکاری چند پاسی کنترل بهتری بر توزیع گرما فراهم می کند و به کاهش تغییر شکل موضعی بیش از حد کمک می کند.

4. در جاهایی که مجاز است از جوش متناوب استفاده کنید

برای سخت‌کننده‌های طولی و سخت‌کننده‌های عرضی، جوش متناوب می‌تواند مقدار کل فلز جوش و حرارت ورودی را زمانی که الزامات طراحی سازه مجاز بداند، کاهش دهد.

با این حال، جوشکاری پیوسته باید در جایی که محاسبات ساختاری، نیازهای خستگی، الزامات آب بندی یا مشخصات پروژه مورد نیاز است، مورد استفاده قرار گیرد.

5. جوش متقارن را اعمال کنید

هنگامی که هر دو طرف اتصال قابل دسترسی است، باید یک شیار دو طرفه متقارن در نظر گرفته شود.

برای جوشکاری چند پاس، جوش ها باید به صورت متقارن حول محور خنثی قطعه قرار گیرند تا حد امکان.

این به تعادل انقباض جوشکاری و کاهش اعوجاج زاویه ای کمک می کند.

6. بهینه سازی جوشکاری T-Joint

برای اتصالات T ضخیم یا اتصالات صلیبی، جوش های شیاری ممکن است مناسب تر از جوش های فیله معمولی بزرگ باشند.

هنگامی که به درستی طراحی شود، جوش شیاری می تواند حجم فلز جوش مورد نیاز را کاهش دهد و در عین حال استحکام اتصال لازم را حفظ کند.

7. قبل از جوشکاری از پیش تغییر شکل استفاده کنید

پیش تنظیم یا تغییر شکل معکوس می تواند قبل از جوشکاری برای جبران اعوجاج زاویه ای مورد انتظار وارد شود.

پس از جوشکاری و خنک شدن، قطعه می تواند به هندسه مورد نیاز نزدیکتر شود.

این روش معمولاً برای تیرهای فولادی، مقاطع H، صفحات و سایر اجزای ساخته شده استفاده می شود.

8. انقباض جوشکاری را مجاز کنید

برای جبران انقباض طولی و عرضی مورد انتظار، می‌توان در حین ساخت، کمک‌های ابعادی را به کار برد.

برای مثال، مقاطع H ساخته شده ممکن است به طول اضافی برای جبران انقباض طولی جوش نیاز داشته باشند.

کمک هزینه واقعی باید بر اساس موارد زیر تعیین شود:

• ابعاد اجزاء

• ضخامت صفحه

• اندازه جوش

• فرآیند جوشکاری

• پیکربندی مشترک

• تجربه ساخت

• روش های جوشکاری تایید شده

به جای تکیه بر یک مقدار ثابت واحد، کمک هزینه انقباض باید بر اساس شرایط تولید واقعی تأیید شود.

9. صافی مواد و دقت مونتاژ را بهبود بخشید

برای اعضای فولادی بلند، پیچش را اغلب می توان با بهبود صافی صفحات فولادی و دقت مونتاژ اجزا کاهش داد.

عوامل مهم عبارتند از:

• زوایای شیار دقیق

• شکاف ریشه ثابت

• ترازبندی صحیح اعضا

• موقعیت مناسب جوش

• جهت دقیق الکترود یا مشعل جوش

• پارامترهای جوشکاری ثابت

حفظ شرایط جوشکاری یکنواخت در طول کل قطعه به کاهش تغییر شکل طولی و زاویه ای ناهموار کمک می کند.

10. جوش های غیر ضروری را به حداقل برسانید

در طول طراحی سازه، تا حد امکان باید از جوش های غیر ضروری اجتناب شود.

مقاطع فولادی نورد شده، اجزای شکل‌دهی شده یا پروفیل‌های استاندارد شده ممکن است به جای مجموعه‌های با جوشکاری شدید در صورت لزوم استفاده شوند.

کاهش تعداد و اندازه جوش ها می تواند کمک کند:

• حرارت ورودی جوشکاری را کاهش دهید

• تغییر شکل را به حداقل برسانید

• زمان ساخت را کاهش دهید

• هزینه های اصلاحی کمتر

• بهبود راندمان تولید

11. بهینه سازی محل جوش

جوش ها باید تا حد امکان نزدیک به محور خنثی یا خط مرکزی مقطع قرار گیرند.

طرح های متقارن جوش می توانند تغییر شکل خمشی ناشی از انقباض نامتعادل را کاهش دهند.

همچنین باید از غلظت جوش اجتناب شود زیرا جوش های نزدیک می توانند تجمع گرمای بیش از حد و اعوجاج موضعی ایجاد کنند.

12. از یک توالی جوش مناسب استفاده کنید

برای اجزای دارای جوش های متعدد، دنباله جوشکاری مناسب ضروری است.

بسته به طراحی جزء، روش های مناسب ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• جوش متقارن

• جوشکاری پشت گام

• از جوشکاری صرف نظر کنید

• جوش قطعه

• جوش از مرکز به طرف هر دو انتها

یک توالی برنامه ریزی شده به توزیع یکنواخت گرما کمک می کند و از تجمع تغییر شکل در یک جهت جلوگیری می کند.

کنترل تغییر شکل جوش در تولید

تعداد جوش ها را کاهش دهید

طراحی سازه باید اتصالات جوشی غیرضروری را به حداقل برساند.

در مواردی که عملی است، مقاطع نورد شده یا اجزای فولادی شکل گرفته می توانند جایگزین قطعات جوشی ساخته شده شوند و تعداد سفت کننده ها و اتصالات جوشی را کاهش دهند.

این می تواند به طور قابل توجهی هم تغییر شکل جوش و هم کار صاف کردن بعدی را کاهش دهد.

شکل ها و اندازه های جوش مناسب را انتخاب کنید

برای اتصالات لب به لب صفحه ضخیم، اتصال شیار X ممکن است به فلز جوش کمتری نسبت به اتصال شیار V معمولی نیاز داشته باشد.

کاهش حجم فلز جوش به کاهش:

• حرارت ورودی جوشکاری

• انقباض عرضی

• تغییر شکل زاویه ای

• استرس پسماند

برای اتصالات T که به جوش های بزرگ برای استحکام سازه نیاز ندارند، حداقل اندازه جوش فیله عملی باید با توجه به الزامات طراحی قابل اجرا انتخاب شود.

در جایی که شرایط سازه اجازه می دهد، جوش های متناوب نیز ممکن است به کاهش تغییر شکل کمک کنند.

بهینه سازی طراحی سازه

تغییر شکل جوش باید در مرحله طراحی سازه در نظر گرفته شود نه فقط در طول ساخت.

برای سازه های ورق فولادی نازک، ضخامت صفحه مناسب، فاصله سفت کننده و اندازه جوش باید برای بهبود پایداری سازه و کاهش تغییر شکل موج انتخاب شود.

ساخت و کنترل ساختارهای ساده و منظم نسبت به هندسه های جوشی پیچیده غیرضروری به طور کلی آسان تر است.

کنترل انقباض عرضی و طولی

در بسیاری از سازه های جوشی، انقباض عرضی می تواند مهمتر از انقباض طولی باشد.

به همین دلیل جهت گیری و محل جوش باید در طول طراحی به دقت در نظر گرفته شود.

در صورت امکان، جوش ها باید:

• به صورت متقارن چیده شوند

• نزدیک به خط مرکزی بخش واقع شود

• از تمرکز بیش از حد خودداری کنید

• برای به حداقل رساندن تغییر شکل در جهات بحرانی جهت گیری داشته باشید

این اقدامات به کاهش خمش، پیچش و انحراف ابعادی پس از جوشکاری کمک می کند.

اصلاح تغییر شکل جوش

حتی با اقدامات کنترلی مناسب، ممکن است مقداری تغییر شکل همچنان رخ دهد.

روش های رایج اصلاح عبارتند از:

• صاف کردن مکانیکی

• صاف کردن حرارت کنترل شده

• تصحیح مطبوعات

• صاف کردن شعله در جایی که مجاز است

• تنظیم مکانیکی محلی

کار اصلاح باید با دقت انجام شود تا از آسیب رساندن به فولاد، ایجاد ترک یا تأثیر نامطلوب بر خواص مواد جلوگیری شود.

نتیجه گیری

کنترل موثر تغییر شکل جوشکاری مستلزم هماهنگی بین طراحی سازه، توسعه فرآیند جوشکاری، ساخت، مونتاژ، توالی جوش و بازرسی کیفیت است..

موثرترین روش جلوگیری از تغییر شکل بیش از حد قبل و در حین جوشکاری به جای اتکای شدید به اصلاح پس از ساخت است.

با کنترل اندازه جوش، حرارت ورودی، طراحی اتصال، توالی جوش، دقت مونتاژ و میزان انقباض، سازندگان فولاد می توانند به دقت ابعادی بالاتر، راندمان نصب بهتر و عملکرد ساختاری قابل اعتمادتر دست یابند.