در ساخت فولاد سازه ای، کیفیت جوش مستقیماً بر استحکام، دوام و ایمنی سازه نهایی تأثیر می گذارد. برای اجزای ساختاری حیاتی، فولادهای آلیاژی، صفحات فولادی ضخیم و اتصالات جوشی بسیار مهار شده، پیش گرمایش مناسب قبل از جوشکاری و عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) می تواند نقش مهمی در کنترل ترک خوردگی، کاهش تنش پسماند و بهبود عملکرد کلی اتصالات جوشی داشته باشد.

1. چرا پیش گرم کردن قبل از جوشکاری مهم است؟

پیش گرم کردن به گرم کردن فلز پایه در اطراف ناحیه جوش تا دمای مشخص قبل از شروع جوش اشاره دارد. دمای پیش گرم مورد نیاز به عواملی مانند درجه فولاد، معادل کربن، ضخامت مواد، مواد مصرفی جوش، مهار اتصال، فرآیند جوشکاری و دمای محیط بستگی دارد.

مزایای اصلی پیش گرمایش عبارتند از:

خطر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن را کاهش دهید

پیش گرم کردن سرعت خنک شدن ناحیه جوش و گرما (HAZ) را کاهش می دهد. این به هیدروژن قابل انتشار زمان بیشتری برای فرار از اتصال جوش داده شده می دهد و تشکیل ریزساختارهای سخت و شکننده را کاهش می دهد.

در نتیجه، خطر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن و ترک سرد می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

تنش پسماند جوشکاری را کاهش دهید

در حین جوشکاری، فولاد نزدیک جوش به سرعت گرم می شود در حالی که مواد اطراف نسبتاً خنک باقی می مانند. این اختلاف دما باعث ایجاد گرادیان های حرارتی، تغییر شکل و تنش های پسماند می شود.

پیش گرمایش مناسب اختلاف دما بین ناحیه جوش و فولاد اطراف را کاهش می دهد و به اتصال جوش داده شده اجازه می دهد تا به تدریج و یکنواخت تر خنک شود.

این به کاهش تنش جوش کمک می کند و احتمال ترک خوردن و اعوجاج را به حداقل می رساند.

کاهش اثرات مهار مفصل

اتصالات جوشی بسیار مهار شده بیشتر در معرض ترک خوردن هستند زیرا انقباض در طول خنک شدن نمی تواند آزادانه رخ دهد.

پیش گرم کردن می تواند شدت انقباض حرارتی را کاهش دهد و به ویژه برای صفحات ضخیم، اتصالات پیچیده و اتصالات بسیار مهار شده مفید است.

در بسیاری از موارد، افزایش دمای مناسب پیش گرم می تواند به کاهش احتمال ترک خوردگی جوش کمک کند.

2. چگونه باید دمای پیش گرمایش را تعیین کرد؟

انتخاب دمای پیش گرما و بین پاسی نباید تنها بر اساس ضخامت مواد باشد.

عوامل متعددی باید در نظر گرفته شود، از جمله:

• عیار فولاد و ترکیب شیمیایی

• معادل کربن

• ضخامت صفحه

• مواد مصرفی جوش

• فرآیند جوشکاری

• پیکربندی مشترک

• مهار سازه ای

• دمای محیط

• ورودی گرما

• کدهای جوشکاری قابل اجرا و مشخصات پروژه

گرمایش یکنواخت به همان اندازه مهم است.

دمای پیش گرم باید از طریق ضخامت فولاد و در امتداد ناحیه جوش به طور منطقی یکنواخت باشد. گرمای ناهموار ممکن است به جای کاهش آن، استرس حرارتی اضافی ایجاد کند.

برای پیش گرمایش موضعی، ناحیه گرم شده باید به اندازه کافی فراتر از هر دو طرف جوش گسترش یابد تا از توزیع پایدار و یکنواخت دما اطمینان حاصل شود.

عرض و دمای دقیق گرمایش همیشه باید از مشخصات روش جوشکاری قابل اجرا ( WPS )، الزامات مهندسی و استانداردهای جوشکاری مربوطه پیروی کند.

3. چرا عملیات حرارتی پس از جوشکاری مهم است؟

عملیات حرارتی پس از جوشکاری پس از جوشکاری برای کنترل تنش پسماند، کاهش محتوای هیدروژن و بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات جوش داده شده انجام می شود.

بسته به درجه فولاد، ضخامت، شرایط خدمات و مشخصات جوشکاری، عملیات حرارتی پس از جوش ممکن است چندین مزیت داشته باشد.

حذف هیدروژن

پس از جوشکاری، هیدروژن قابل انتشار ممکن است در فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت باقی بماند.

برای فولادهای خاص و اتصالات جوش داده شده بحرانی، درمان حذف هیدروژن کنترل شده در دمای پایین ممکن است مدت کوتاهی پس از جوشکاری اعمال شود.

گرم کردن اتصال جوش داده شده برای یک دوره مشخص می تواند انتشار و آزادسازی هیدروژن را تسریع کند و در نتیجه خطر ترک خوردگی هیدروژنی را کاهش دهد.

دمای واقعی و زمان نگهداری باید بر اساس درجه فولاد، روش جوشکاری، ضخامت اتصال و استانداردهای قابل اجرا تعیین شود.

کاهش تنش پسماند جوشکاری

جوشکاری باعث گرمایش و سرمایش بسیار موضعی می شود. از آنجا که جزء جوش داده شده توسط مواد اطراف و هندسه اتصال مهار می شود، پس از جوشکاری، تنش های پسماند در سازه باقی می ماند.

استرس پسماند بیش از حد می تواند به موارد زیر کمک کند:

• تغییر شکل جوش

• تمرکز استرس

• کاهش عملکرد خستگی

• افزایش خطر ترک خوردگی

• ناپایداری ابعادی

عملیات حرارتی کاهش تنش قطعه جوش داده شده را تا دمای کنترل شده گرم می کند و آن را برای یک دوره مشخص نگه می دارد و به تنش های داخلی اجازه می دهد تا دوباره توزیع شوند و آرام شوند.

بسته به اندازه قطعه و الزامات پروژه، عملیات حرارتی ممکن است بر روی کل قطعه یا به صورت محلی در اطراف اتصال جوش داده شده انجام شود.

بهبود ریزساختار جوش

برخی از فولادهای آلیاژی و فولادهای با استحکام بالا ممکن است پس از جوشکاری، ریزساختارهای سخت یا شکننده در ناحیه تحت تأثیر حرارت ایجاد کنند.

اگر این ریزساختارها همراه با تنش پسماند بالا و هیدروژن باقی بمانند، اتصال جوش داده شده ممکن است بیشتر مستعد ترک خوردگی یا شکست شکننده شود.

عملیات حرارتی مناسب می تواند به بهبود ساختار متالورژیکی اتصال جوش داده شده کمک کند و ممکن است بهبود بخشد:

• سختی

• شکل پذیری

• ثبات ابعادی

• مقاومت در برابر ترک

• عملکرد کلی مکانیکی

4. فرآیند کلی پیش گرمایش و عملیات حرارتی پس از جوشکاری

یک فرآیند کنترل کیفیت جوش معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

شناسایی مواد ← بررسی روش جوشکاری ← پیش گرمایش ← بازرسی دما ← جوشکاری ← کنترل دمای بین پاسی ← بازرسی جوش ← حذف هیدروژن یا PWHT در صورت نیاز → بازرسی نهایی

کنترل دما باید در طول فرآیند جوشکاری با استفاده از تجهیزات اندازه گیری مناسب نظارت شود.

برای پروژه‌های سازه‌های فولادی حیاتی، روش جوشکاری، دمای پیش‌گرم، دمای بین‌گذر، و الزامات عملیات پس از جوشکاری باید در WPS تایید شده و مستندات کیفیت پروژه به وضوح تعریف شود.

5. آیا پیش گرمایش و PWHT برای هر سازه فولادی مورد نیاز است؟

خیر

هر سازه فولادی جوش داده شده نیاز به پیش گرم کردن یا عملیات حرارتی پس از جوش ندارد.

اینکه آیا این فرآیندها ضروری هستند به عواملی مانند:

• درجه مواد فولادی

• معادل کربن

• ضخامت صفحه

• اهمیت ساختاری

• مهار مشترک

• فرآیند جوشکاری

• شرایط خدمات

• استانداردهای بین المللی قابل اجرا

• الزامات مهندسی خاص پروژه

برای قطعات معمولی فولاد کربنی با مقاطع نسبتاً نازک و مهار مفصل کم، ممکن است عملیات حرارتی گسترده مورد نیاز نباشد.

با این حال، برای صفحات ضخیم، فولادهای با استحکام بالا، فولادهای آلیاژی، اعضای باربر بحرانی، یا اتصالات جوشی بسیار مهار شده، کنترل دما اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

نتیجه گیری

پیش گرم کردن و عملیات حرارتی پس از جوش، صرفاً فرآیندهای جوشکاری اضافی نیستند. هنگامی که توسط مواد، طراحی اتصال، روش جوشکاری یا مشخصات مهندسی مورد نیاز باشد، آنها اقدامات کنترل کیفیت مهمی برای بهبود قابلیت اطمینان اتصالات جوش داده شده فولادی سازه ای هستند.

کنترل دمای مناسب می‌تواند به کاهش ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن، کنترل نرخ خنک‌سازی، کاهش تنش پسماند، به حداقل رساندن اعوجاج و بهبود چقرمگی و عملکرد کلی اتصالات جوشی کمک کند.

در ZSJH STEEL ، پارامترهای جوش بر اساس رویه های ساخت تایید شده، مشخصات پروژه، الزامات مواد و استانداردهای کیفی قابل اجرا کنترل می شوند. از آماده سازی مواد و جوشکاری گرفته تا بازرسی، تصفیه سطح و تحویل نهایی، ما خدمات یکپارچه ساخت فولاد سازه ای را برای پروژه های صنعتی و تجاری در سراسر جهان ارائه می دهیم.

به دنبال یک شریک قابل اعتماد در ساخت فولاد سازه ای هستید؟

نقشه ها، مشخصات فنی یا الزامات پروژه خود را برای ما ارسال کنید. تیم مهندسی و تولید ما می تواند از ساخت سازه های فولادی سفارشی، جوشکاری، بازرسی کیفیت، بسته بندی، تحویل صادرات و راهنمایی نصب پشتیبانی کند.