فولاد به دلیل قدرت و دوام مشهور است و آن را به عنوان اصلی در ساخت ، ساخت و مهندسی تبدیل می کند. هنگامی که قطعات فولادی با جوشکاری پیوستند ، یک سؤال مهم پیش می آید: "آیا جوش به اندازه فولاد قوی است؟" پاسخ به عوامل مختلفی از جمله فرآیند جوشکاری ، مواد پرکننده ، طراحی مشترک و کیفیت جوش بستگی دارد. در شرایط ایده آل ، یک جوش- جوش داده شده می تواند با استحکام فولاد پایه مطابقت داشته باشد یا حتی از آن فراتر رود. با این حال ، نقص در تکنیک یا انتخاب مواد می تواند جوش را ضعیف تر از فولادی که به آن می پیوندد ، ضعیف تر کند.
چگونه جوش ها به استحکام قابل مقایسه با فولاد می رسند
قدرت جوش از توانایی آن در ایجاد پیوند متالورژی با فولاد پایه ناشی می شود. در حین جوشکاری ، فلز پایه و مواد پرکننده (در صورت استفاده) به حالت مذاب گرم می شوند و به اتم های آنها اجازه می دهند تا در مفصل مخلوط شوند. با خنک شدن جوش ، این مخلوط یک ساختار جامد و متحد را تشکیل می دهد که در آن مرز بین جوش و فولاد پایه تقریباً در سطح مولکولی قابل تشخیص نیست. هنگامی که به درستی انجام شود ، این پیوند استرس را به طور مساوی در مفصل توزیع می کند ، دقیقاً همانطور که از طریق یک قطعه از فولاد جریان می یابد.
مواد پرکننده نقش مهمی در تطبیق استحکام فولاد دارند. جوشکار فلزات پرکننده (مانند الکترودهای E7018 برای فولاد خفیف) را انتخاب می کند تا با مقاومت کششی فولاد پایه طراحی شود. فولاد خفیف به طور معمول دارای استحکام کششی 60،000-80،000 psi (پوند در هر اینچ مربع) است ، و فلز پرکننده E7018 برای دستیابی به 70،000 psi-} به طور مؤثر مطابق با مواد پایه تدوین شده است. برای فولاد قدرت بالا {12} {}} (به عنوان مثال ، 100000 مقاومت کششی PSI) ، از پرکننده های تخصصی مانند E11018-G برای اطمینان از جوش با عملکرد فولاد استفاده می شود.
طراحی مشترک همچنین تأثیر می گذارد که آیا جوش می تواند با استحکام فولاد مطابقت داشته باشد. یک مفصل به درستی طراحی شده- مانند جوش با لب به لب نفوذ کامل - (که در آن جوش به کل ضخامت فولاد نفوذ می کند)- منطقه تماس جوش را با فلز پایه به حداکثر می رساند. این به جوش اجازه می دهد تا بار را به طور مساوی با فولاد اطراف به اشتراک بگذارد. به عنوان مثال ، یک جوش نفوذ کامل - روی یک صفحه فولادی خفیف ضخیم ½ - اینچ ، با استفاده از یک پرکننده تطبیق ، معمولاً در فولاد پایه (نه جوش) هنگام قرار گرفتن در معرض نیروی شدید شکست می خورد.
هنگامی که جوش ها ممکن است ضعیف تر از فولاد باشد
علیرغم پتانسیل آنها ، جوش ها به دلیل عوامل اجتناب ناپذیر یا غیرقابل اجتناب می توانند از استحکام فولاد فاصله بگیرند:
نقص جوشکاری
نقص در جوش دلیل اصلی کاهش استحکام است. تخلخل (حباب های گاز ریز که در جوش به دام افتاده اند) نقاط ضعیفی را ایجاد می کند که استرس می تواند متمرکز شود و مقاومت کششی جوش را کاهش می دهد. جوش با 5 ٪ تخلخل ممکن است 10-15 ٪ از قدرت در نظر گرفته شده خود را از دست بدهد. فیوژن ناقص - که در آن جوش نتوانسته است به طور کامل با فولاد پایه پیوند برقرار کند-} شکاف هایی را که مانند ترک ها عمل می کنند ، می گذارد و جوش را مستعد شکستن زیر بار می کند. به طور مشابه ، Undercut (شیارها در امتداد لبه های جوش) منطقه مقطعی-}} را کاهش می دهد و آن را در مقایسه با فولاد ناگسستنی تضعیف می کند.
HEAT-} منطقه آسیب دیده (HAZ)
گرمای جوش ، ریزساختار فولاد را در نزدیکی جوش تغییر می دهد و یک منطقه تحت تأثیر (HAZ) گرما- ایجاد می کند. در بعضی از فولادها - به خصوص بالا-} فولادهای کربن یا آلیاژ-} خنک کننده سریع پس از جوشکاری می تواند Haz را شکننده کند. این شکنندگی توانایی HAZ در جذب استرس را کاهش می دهد و باعث می شود مفصل در این منطقه شکست بخورد حتی اگر خود جوش قوی باشد. به عنوان مثال ، جوشکاری بالا - مقاومت کم- آلیاژ (hsla) فولاد بدون گرمایش مناسب یا پست-} عملیات حرارتی جوش می تواند باعث شود HAZ ضعیف تر از جوش و فولاد پایه باشد.
مواد ناسازگار
استفاده از ماده پرکننده با استحکام کمتری نسبت به فولاد پایه ، جوش ضعیف تر را تضمین می کند. اگر فولاد خفیف (60،000 psi) با یک پرکننده طراحی شده برای فولاد قدرت کم- (40،000 psi) جوش داده شود ، جوش قبل از فلز پایه خراب می شود. به طور مشابه ، جوشکاری فولادهای متفاوت (به عنوان مثال ، فولاد خفیف تا فولاد ضد زنگ) بدون پرکننده سازگار می تواند ترکیبات بین فلزی شکننده در جوش ایجاد کند و استحکام آن را در زیر هر یک از مواد پایه کاهش می دهد.
طراحی مشترک ضعیف
یک مفصل ضعیف طراحی شده حتی بهترین جوش را تضعیف می کند. به عنوان مثال ، یک جوش فیله با طول پا کوچک ، دارای یک صلیب کوچکتر - منطقه ای از فولاد پایه است و ظرفیت تحمل بار آن را محدود می کند. جوشکاری فولاد نازک با مفصلی که غلظت استرس ایجاد می کند- مانند گوشه تیز- می تواند باعث شود جوش در زیر تنش از بین برود ، حتی اگر خود فلز جوش قوی باشد.
آزمایش برای مقایسه قدرت جوش و فولاد
برای تعیین اینکه آیا جوش با استحکام فولاد مطابقت دارد ، مهندسان از آزمایش کششی استفاده می کنند. نمونه ای از مفصل جوش داده شده در یک دستگاه از هم جدا می شود و نیروی مورد نیاز برای شکستن آن اندازه گیری می شود. اگر نمونه در فولاد پایه (نه جوش یا HAZ) شکسته شود ، جوش تأیید می شود که به اندازه فولاد قوی است. اگر در جوش یا HAZ شکسته شود ، جوش ضعیف تر است و تنظیمات مربوط به فرآیند لازم است.
به عنوان مثال ، یک آزمایش کششی روی یک مفصل فولادی خفیف به درستی جوش داده شده به طور معمول یک نیروی شکستن معادل یک نوار فولادی جامد با همان ابعاد را نشان می دهد. این تأیید می کند که جوش به "قدرت فلزی والدین"- اصطلاحات صنعت برای جوش به اندازه فولاد پایه دست یافته است.
واقعی - نمونه های جهانی از قدرت جوش
در کاربردهای ساختاری مانند تسمه های پل یا قاب های ساختمان ، جوش ها به گونه ای طراحی شده اند که با استحکام تیرهای فولادی مطابقت داشته باشد. اتصالات جوش داده شده در این سازه ها تحت آزمایش دقیق قرار می گیرند تا اطمینان حاصل کنند که می توانند در برابر بارهای مشابه خود فولاد مقاومت کنند. به طور مشابه ، در تولید خودرو ، جوش در اجزای شاسی به اندازه قاب فولادی قوی است و اطمینان حاصل می کند که وسیله نقلیه یکپارچگی ساختاری را در برخورد حفظ می کند.
در مقابل ، جوشکاری در برنامه های استرس -- مانند فلز تزئینی - ممکن است نیازی به مطابقت با استحکام فولاد نداشته باشد. به عنوان مثال ، جوشی که دارای نرده های فولادی به یک پست است ، فقط نیاز به پشتیبانی از بارهای سبک دارد ، بنابراین نقاط ضعف جزئی قابل قبول است.
پایان
جوش می تواند به اندازه فولاد قوی باشد ، اما این بستگی به اجرای دقیق دارد. یک چاه - طراحی شده ، مواد پرکننده همسان ، تکنیک مناسب برای جوشکاری و توجه به درمان جوش {{2} (مانند تصفیه حرارتی برای فولادهای آلیاژی) به جوش ها اجازه می دهد تا همان استحکام فولاد پایه را بدست آورند. با این حال ، نقص ، عدم تطابق مادی یا کنترل فرایند ضعیف ، جوش را ضعیف تر می کند.
در برنامه های مهم ، جایی که ایمنی و دوام مهم است ، جوش ها به شدت مورد آزمایش قرار می گیرند تا اطمینان حاصل شود که آنها از استحکام فولاد برخوردار یا فراتر می روند. برای اکثر اهداف عملی ، با آموزش مناسب و پیروی از استانداردها ، جوش ها می توانند با استحکام فولادی که به آنها می پیوندند مطابقت داشته باشند-} ایجاد یک روش قابل اعتماد برای ایجاد اتصالات قوی و دائمی در سازه های فولادی.
