جوشکاری فولاد SPK؛ روش‌ها، نکات مهم و مشکلات احتمالی

۱. بررسی وضعیت فولاد SPK قبل از جوشکاری

قبل از شروع، باید مشخص شود قطعه در چه شرایطی قرار دارد:

• SPK آنیل‌شده است یا سخت‌کاری شده؟
• ضخامت قطعه چقدر است؟
• محل جوش در چه قسمتی از قطعه قرار دارد؟
• قطعه پس از جوشکاری چه میزان سختی و مقاومت سایشی نیاز دارد؟
• جوش برای تعمیر قالب است یا ساخت یک قطعه جدید؟

این موارد روی انتخاب روش جوشکاری، فیلر، پیش‌گرم و عملیات حرارتی تأثیر مستقیم دارند.

۲. آماده‌سازی و تمیز کردن محل جوش

سطح SPK در محل اتصال باید کاملاً تمیز و عاری از روغن، گریس، زنگ‌زدگی، اکسید، رنگ و آلودگی باشد.

برای قطعاتی که ترک یا شکستگی دارند، ابتدا باید ناحیه آسیب‌دیده کاملاً برداشته شود. در تعمیر قالب‌ها معمولاً ترک را با سنگ‌زنی یا ماشین‌کاری باز می‌کنند تا تمام بخش ترک‌خورده حذف شود.

تمیز بودن سطح اهمیت زیادی دارد؛ زیرا آلودگی و رطوبت می‌توانند کیفیت جوش را کاهش داده و احتمال ایجاد تخلخل و ترک را افزایش دهند.

۳. آماده‌سازی لبه‌های اتصال

در قطعات ضخیم یا تعمیرات عمیق، باید محل اتصال متناسب با عمق جوش آماده شود. ایجاد پخ مناسب و فاصله صحیح بین قطعات باعث نفوذ بهتر فلز جوش و کاهش احتمال ایجاد عیوب داخلی می‌شود.

در تعمیر قالب، شکل و عمق ناحیه‌ای که باید با جوش پر شود نیز باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که تنش‌های حرارتی در قطعه به حداقل برسد.

۴. پیش‌گرم کردن فولاد SPK

پیش‌گرم یکی از حیاتی‌ترین مراحل جوشکاری فولاد 1.2080 است.

دلیل آن این است که فولاد SPK دارای مقدار زیادی کربن و کروم است و اگر محل جوش پس از ایجاد حرارت با سرعت زیادی سرد شود، ممکن است در منطقه جوش و HAZ ساختارهای بسیار سخت و شکننده ایجاد شود.

پیش‌گرم مناسب باعث می‌شود:

• سرعت سرد شدن کاهش پیدا کند.
• اختلاف دمای بین جوش و فلز پایه کمتر شود.
• تنش‌های حرارتی کاهش پیدا کند.
• احتمال ترک سرد کاهش یابد.

دمای پیش‌گرم را نباید برای تمام قطعات SPK یک عدد ثابت در نظر گرفت؛ ضخامت، وضعیت عملیات حرارتی، روش جوشکاری و فیلر مورد استفاده باید در تعیین دمای مناسب لحاظ شوند.

۵. انتخاب الکترود یا فیلر مناسب

انتخاب ماده پرکننده برای SPK بسیار مهم است. برخلاف فولادهای ساختمانی که می‌توان از الکترودهای عمومی استفاده کرد، برای جوشکاری فولاد SPK معمولاً باید از فیلرهای مخصوص فولاد ابزار یا فیلرهای پایه نیکل متناسب با کاربرد استفاده شود.

انتخاب فیلر باید بر اساس موارد زیر انجام شود:

• ترکیب شیمیایی فولاد پایه
• وضعیت سختی قطعه
• نیاز به مقاومت سایشی
• امکان ماشین‌کاری بعد از جوش
• دمای کاری قطعه
• میزان سختی مورد انتظار در محل تعمیر

در تعمیر قالب‌ها، گاهی چند نوع فیلر به‌صورت مرحله‌ای استفاده می‌شود تا هم اتصال مطمئن ایجاد شود و هم خواص نهایی موردنظر به دست آید.

۶. خشک و آماده نگه داشتن الکترود

اگر از الکترود پوشش‌دار استفاده می‌شود، رطوبت الکترود باید به‌شدت کنترل شود.

رطوبت می‌تواند هیدروژن را وارد ناحیه جوش کند و در فولاد پرکربن و حساس مانند SPK، خطر ترک هیدروژنی را افزایش دهد.

بنابراین الکترود باید مطابق دستورالعمل سازنده خشک و در شرایط مناسب نگهداری شود.

۷. اجرای پاس اول با کنترل دقیق حرارت

پس از رسیدن قطعه به دمای مناسب، جوشکاری باید با کنترل دقیق حرارت ورودی انجام شود.

در این مرحله باید از:

• جریان و ولتاژ مناسب
• سرعت حرکت یکنواخت
• طول قوس مناسب
• پاس‌های کنترل‌شده
• حرارت ورودی بیش از حد

اجتناب کرد.

هدف این است که فلز جوش به‌خوبی با فولاد SPK ترکیب شود، بدون اینکه حرارت اضافی باعث ایجاد تغییرات شدید در ساختار فلز پایه شود.

۸. اجرای پاس‌های بعدی

در قطعات ضخیم، معمولاً ناحیه جوش با چند پاس پر می‌شود. در این حالت دمای بین پاس‌ها (Interpass Temperature) باید کنترل شود.

اگر قطعه بیش از حد سرد شود، شوک حرارتی افزایش پیدا می‌کند؛ از طرف دیگر، بالا رفتن بیش از حد دمای قطعه نیز می‌تواند ساختار فولاد و خواص نهایی آن را تحت تأثیر قرار دهد.

بنابراین جوشکار باید دمای قطعه را در طول فرآیند کنترل کند و از ایجاد اختلاف دمای شدید جلوگیری شود.

۹. کنترل سرعت سرد شدن

بعد از اتمام جوشکاری، یکی از مهم‌ترین مراحل، سرد شدن کنترل‌شده است.

SPK نباید بلافاصله در معرض آب، هوای شدید یا محیط سرد قرار گیرد. سرد شدن سریع می‌تواند باعث افزایش سختی و ایجاد ترک در محل جوش و منطقه HAZ شود.

برای قطعات حساس، استفاده از روش مناسب برای سرد شدن آهسته و یکنواخت اهمیت زیادی دارد.

۱۰. عملیات حرارتی پس از جوشکاری

در بعضی کاربردها، خصوصاً تعمیر قالب‌ها و قطعات حساس، عملیات حرارتی بعد از جوشکاری می‌تواند ضروری باشد.

هدف از این عملیات می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• کاهش تنش‌های پسماند
• کنترل سختی منطقه جوش
• کاهش احتمال ترک
• بهبود پایداری ابعادی
• نزدیک کردن خواص ناحیه تعمیر به فلز پایه

نوع و سیکل دقیق عملیات حرارتی باید بر اساس وضعیت اولیه فولاد و نوع فیلر تعیین شود.

۱۱. ماشین‌کاری و پرداخت محل جوش

بعد از اینکه قطعه کاملاً سرد و پایدار شد، در صورت نیاز محل جوش با سنگ‌زنی یا ماشین‌کاری به ابعاد نهایی می‌رسد.

این مرحله در قالب‌های SPK اهمیت زیادی دارد؛ زیرا حتی مقدار کمی تغییر ابعاد در محل تعمیر می‌تواند عملکرد قالب را تحت تأثیر قرار دهد.