۰ تا ۱۰۰ جوشکاری چدن + مراحل، چالش ها و الکترود مورد نیاز

جوشکاری چدن به دلیل ترکیب خاص می تواند دشوار باشد، اما اگر از روش جوشکاری صحیح برای جلوگیری از ترک جوش استفاده کنید، کار با این فلز بسیار آسان است. روش صحیح این نوع از جوشکاری چدن شامل گرمایش و سرمایش دقیق، اغلب شامل پیش گرم شدن، انتخاب صحیح الکترود جوشکاری است.

جوشکاری چدن با توجه به ترکیبات خاص و ویژگی های منحصر به فردی که دارد، جزء جوشکاری های سخت به شمار می رود. در این مقاله تلاش کرده ایم تا به طور کامل و جامع در مورد چدن، انواع و کاربردهای آن، مراحل و مشکلات مربوط به جوشکاری چدن و روش های کاهش میزان مشکلات این نوع جوشکاری اطلاعاتی را مرور کردیم. توصیه می کنیم تا انتهای مطلب با ما همراه باشید.

چدن چیست؟

چدن جزء آلیاژهای آهن-کربن است که بیش از ۲% کربن دارند و به همین دلیل سخت و مقاومند. چدن ها نقطه ذوب نسبتاً پایینی دارند، سیالیت خوب، ریخته گری و قابلیت ماشین کاری آن مناسب است. خاصیت انعطاف پذیری چدن ها نسبت به آهن و فولاد کمتر است و به طور کلی می توان گفت چدن ها غیر از چدن های مالیبل یا چکش خوار خاصیت شکنندگی دارند. در پروسه جوشکاری چدن، انبساط و انقباض فلز به علت انتقال گرما و سرما رخ می دهد که موجب به وجود آمدن تنش کششی در آن می شود.

یکی از ویژگی های بسیار مهم چدن ها عدم ایجاد تغییر شکل در اثر وارد شدن فشار و گرم شدن آن و مقاومت در برابر سایش می باشد؛ اما می توان به حساسیت زیاد چدن ها و ایجاد ترک خوردگی آن ها اشاره کرد که سبب شده تا جوشکاری چدن دشوار باشد. این ضعف در چدن ها با اضافه کردن برخی از آلیاژها تا حدودی قابل کنترل خواهد شد که کار کردن با آن را بهتر می کند.

آلیاژی که در ترکیبات چدن زیاد دیده می شود، کربن است که هر دو شکل کربن آزاد و ترکیبی وجود دارد.

انواع و کاربرد چدن

چدن ها با توجه به آلیاژی که در آن قرار دارد، ویژگی های متنوعی پیدا می کنند که در ادامه آن ها را شرح داده ایم. یکی از آلیاژهایی که در چدن وجود دارد، کربن است؛ اما در کنار آن آلیاژ سیلیکون از مهم ترین آلیاژهای موجود در چدن به شمار می رود. سیلیکون عامل گرافیت کننده است و در صورت کم بودن میزان آن، سرد شدن با سرعت بیشتری رخ می دهد.

آلیاژهای نیکل و مس، قابلیت ماشین کاری و استحکام را افزایش می دهند. اگر کربن به شکل گرافیت تشکیل شود، آهن نرم تر خواهد شد و استحکام، چگالی و انقباض را کاهش می دهد.

چدن سفید

در صورتی که درصد سیلیکون در چدن کم باشد، محلول کاربید آهن باقی می ماند و چدن سفید تولید می شود.

آلیاژهایی مانند منگنز، مولیبدن، وانادیوم، تیتانیوم و کروم باعث حفظ کربن می شوند. جوشکاری چدن سفید امکانپذیر نیست و نمی توان آن ها را جوش داد.

چدن خاکستری بیشترین کاربرد را در جوشکاری چدن دارد

اگر درصد سیلیکون در چدن زیاد باشد، کربن را از محلول کاربید آهن خارج می کند و چدن خاکستری تولید خواهد شد.

هر چند که جوشکاری چدن سخت است اما با توجه به خصوصیات ویژه آن‌ها از جمله مقاومت در برابر اکسیداسیون، در صنایع مختلف و مشاغل مختلفی مانند خودروسازی، ساخت لوله ها، ساخت وسایل آشپزی و … کاربرد دارند. این نوع چدن نسبت به فولاد در برابر ضربه مقاومت کمتری دارد و و استحکام کششی آن نیز کمتر است. چدن خاکستری پر کاربردترین مواد ریخته گری بر اساس وزن به شمار می رود.

چدن چکش خوار یا مالیبل

چدن چکش خوار در واقع یک چدن سفید است که پس از ۱ یا ۲ روز حرارت ۹۵۰ درجه سانتیگرادی و سرد شدن در فاصله زمانی یک یا دو روزه تشکیل می شود. در طی این فرآیند، کربنی که در کاربید آهن بوده به فریت، گرافیت و کربم تبدیل می شود.

مدت زمان نسبتاً آهسته فرآیند تولید چدن مالیبل اجازه می دهد تا گرافیت به ذرات کروی دور از هم تبدیل شوند. خواص چدن چکش خوار بیشتر شبیه خواص فولاد نرم است.

خاصیت شکل پذیری چدن چکش خوار نسبت به آهن سفید بیشتر است.

چدن داکتیل یا گره دار یا انعطاف پذیر

این نوع چدن گرافیت های گره دار خیلی ریز دارد که به شکل لایه هایی با مرکز متحد تشکیل شده اند.

کربن چدن انعطاف پذیر ۳ تا ۴% و درصد سیلیکون آن ۱.۸ تا ۲.۸% است. آلیاژهای دیگر آن مقدار کمی دارند از جمله منیزیم که به میزان ۰.۰۲ تا ۰.۱% در آن وجود دارد.

چدن انعطاف پذیر ویژگی هایی مشابه با فولاد اسفنجی دارد ولی اثرات غلظت تنش ندارد. خواص چدن انعطاف پذیر مثل چدن چکش خوار است اما باید قطعات این نوع چدن را با مقاطع بزرگتر ریخته گری کرد.

بیشتر بخوانید : آشنایی با پارامترهای جوشکاری و تأثیر هر کدام روی جوش 

فرایند جوشکاری چدن

برخی از مشکلات رایج در جوشکاری چدن شامل ترک های حرارتی، سختی و تردی در مناطق جوش، و حتی تغییرات در ریزساختار فلز می شوند. برای پیشگیری از این مشکلات، مهم است که فرآیند جوشکاری با دقت و با توجه به ویژگی های خاص چدن انجام شود.

فرآیند جوشکاری چدن ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• پیش گرمایش (Preheating): این مرحله شامل گرم کردن قطعه چدن قبل از شروع جوشکاری است. این اقدام به کاهش تنش های حرارتی و افزایش جوش پذیری کمک می کند.
• جوشکاری (Welding): این مرحله شامل استفاده از روش های مختلف جوشکاری مانند جوشکاری الکتریکی، جوشکاری با گاز، یا جوشکاری با لیزر است.
• پس گرمایش (Postheating): پس از جوشکاری، برای کاهش تنش های حرارتی ممکن است نیاز به گرم کردن مجدد قطعه چدن باشد.
• عملیات تنش زدایی حرارتی (Stress Relieving): این مرحله شامل گرم کردن قطعه به درجه حرارت خاص و نگه داشتن آن در آن دما به منظور کاهش تنش های حرارتی است.

از این روش ها و مراحل به طور هوشمندانه برای جلوگیری از مشکلات در جوشکاری چدن استفاده می شود. همچنین انتخاب متریال جوشکاری، نوع الکترود، و شرایط فرآیند نیز بسیار مهم است

مراحل جوشکاری چدن

جوشکاری چدن مانند سایر جوشکاری ها دارای مراحلی است تا بتوان جوش مناسب و پایداری ایجاد کرد. در ادامه مراحل جوشکاری چدن را به تفصیل بررسی می کنیم:

۱) شناسایی آلیاژ مناسب

همانطور که پیش از این گفتیم، چدن به خودی خود انعطاف پذیری کمی دارد و در اثر ضربه یا وارد شدن حرارت های زیاد یا کم در مدت زمان کوتاه دچار ترک خوردگی و آسیب می شود. این حساسیت بسته به نوع چدن متفاوت است؛ بنابراین باید نسبت به ترکیب و نوع چدن مورد استفاده آگاه بود. انواع چدن را مرور کردیم تا بتوان نوع چدن مناسب را برای کار مورد نظر به درستی انتخاب کرد.

۲) تمیز کردن ریخته گری

هر نوع از چدن را باید پیش از جوشکاری، تمیز و سطوح آن را از هر گونه آلودگی مانند چربی، رنگ و … پاک کنید. برای این کار حرارت را آهسته و با دقت کافی و در زمان کوتاهی روی ناحیه جوش بگیرید تا گازهای حبس شده و آلودگی ها از روی ریخته گری برطرف شوند.

۳) انتخاب دمای مناسب برای جوشکاری

یک علت علت ترک خوردن جوش چدن، تنش های حرارتی است. برای جوش مناسب چدن باید تنش های حرارتی را کنترل کرد تا چدن دچار ترک خوردگی نشود. برای منظور، باید دمای مناسب برای آن نوع چدن را تشخیص دهید.

یکی از راهکارهای مناسب برای پیشگیری از ترک خوردن چدن، گرم کردن کل قطعه است تا تفاوت دمایی در قطعه به حداقل برسد. حرارت ۱۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد برای گرم شدن چدن مناسب است که این دما با نوع چدن مورد استفاده و همچنین منطقه متأثر از حرارت HAZ آن نوع چدن ارتباط مستقیم دارد.

۴) انتخاب روش مناسب جوشکاری چدن

پس از انتخاب چدن مناسب برای جوشکاری باید فرآیند و روش جوش آن و مواد پر کننده مناسب انتخاب شود تا یک جوش مستحکم، مقاوم و صحیح به وجود بیاید و قطعه دچار ترک خوردگی و آسیب نشود.

مشکلات رایج در جوشکاری چدن

جوشکاری به صورت عمومی دارای عیوب جوش و جوشکاری است؛ چدن به دلیل ویژگی هایی که دارد، در زمان جوشکاری با چالش های بیشتری روبرو می شود. در ادامه مشکلاتی را که در بسیاری از موارد می تواند مشکل ساز باشد، بررسی می کنیم.

۱- بالا بودن درصد عناصر مضر در چدن

اگر عناصری مانند گوگرد، فسفر و اکسیژن به میزان زیادی در چدن وجود داشته باشند، در کنار عناصری مانند آهن و کربن ترکیبات فلزی سختی مانند کاربید آهن را ایجاد می کنند. این اتفاق می تواند ساختارهای سختی و ترد چدن سفید را به وجود آورد. این بدین معناست که وجود این عناصر می تواند احتمال ترک خوردگی و آسیب دیدگی قطعه جوش را افزایش دهد.

۲- تنش ایجاد شده از حرارت جوشکاری چدن

بسیار واضح است که در منطقه جوش چدن، به دلیل تغییرات سرما و گرمای شدید تنش حرارتی ایجاد می شود. سرما و گرمای زیاد موجب انبساط و انقباض قطعه شده و در صورتی که میزان این تنش حرارتی زیاد باشد، چدن ها نمی توانند در برابر این تغییرات دمایی مقاومت کنند و دچار ترک خوردگی خواهند شد.

۳- مشکلات جوش پذیری چدن ها

در صورتی که ساختارهای کاربیدی و یا مارتنزیتی کربن در قطعه زیاد باشد، جوش با مشکل مواجه می شود. برای این منظور باید نسبت سطح به حجم ساختارهای گرافیتی به شکل کروی پایین باشد تا ساختارهای کاربیدی و مارتنزیتی کربن بالا کاهش یابند.

به طور کلی چدن هایی که ساختار گرافیت کروی آن ها بالا باشد، درصد کربن در آن ها کاهش می یابد و این نوع چدن ها قابلیت انعطاف پذیری بالاتری دارند و در نتیجه قابلیت جوشکاری بیشتری دارند.

۴- تشکیل ساختارهای ترد و شکننده در محل جوش

در طول فرآیند جوشکاری چدن به دلیل حرارت و سرمای شدیدی که به فلز وارد می شود، کاربید آهن در منطقه ذوب رسوب می شود و ساختار آن شبیه به چدن سفید می شود. یکی دیگر از ایراداتی که در زمان جوشکاری رخ می هد، این است که در منطقه تحت جوش فاز مارتنزیت ایجاد می شود و می تواند موجب شکست در آن منطقه شود.

۵- آلودگی های روغنی سطح چدن

در بسیاری از موارد مشاهده می شود که سطح چدن ها به روغن آلوده است و ایراداتی مانند ایجاد حفره های گازی بعد از عمل جوشکاری رخ می دهد که کیفیت جوش را کاهش می دهد و جوش مستحکمی ایجاد نمی شود.

۶- مشکلات ناشی از وجود ناخالصی ها

معمولاً چدن ها ناخالصی هایی دارند که موجب می شود ذوب شدن آن ها را با مشکل مواجه کند و تماس مواد مذاب با بخش های جامد قطعات جوشکاری دچار اختلال شود، در نهایت این موضوع در جوشکاری چدن اختلال ایجاد می کند.

روش های رایج جوشکاری چدن

جوشکاری چدن با روش های جوشکاری ذوبی که انتقال سرما و گرما را به صورت آهسته انجام می دهد، ممکن است. در نتیجه، با استفاده از روش های جوشکاری قوس الکتریکی از جمله جوشکاری قوس الکتریکی دستی، جوشکاری زیر آب، جوشکاری با گاز فعال فلزی، جوشکاری با هسته شار، جوشکاری اکسی استیلن، جوشکاری با گاز محافظ، جوشکاری با قوس تنگستن، جوشکاری برنز و … امکانپذیر است.

جوش چدن شکسته

یکی از روش های جوش چدن تعمیر قطعات شکسته است که در اصطلاح به آن جوش شکسته چدن نیز گفته می شود. البته این عنوان گاها استفاده می شود. جوش چدن شکسته از فرایند های جوشکاری است که در آن برای ترمیم و یا اتصال مجدد قطعات به یکدیگر استفاده می شود. چون چدن کربن بالا و ساختار گرافیتی دارد جوشکاری این فلز سخت و چالش برانگیز است. در واقع جوش چدن شکسته به این دلیل استفاده می شود که بتوان جوش های شکسته و ناقص را تعمیر کرد.

الکترود مناسب برای جوشکاری چدن

الکترودهای مختلفی برای جوشکاری وجود دارند که در مقاله بهترین الکترود برای جوشکاری می توانید با انواع آن آشنا شوید.

انواع الکترودهای جوشکاری چدن الکترود با مغزی نیکل-آهن، الکترود با مغزی نیکل و الکترودهای فولادی هستند.

معمولاً توصیه می شود از الکترود نیکل برای جوشکاری چدن استفاده شود و رایج تر هستند. استفاده از الکترودهای آلیاژ نیکل برای جوشکاری چدن با و بدون پیشگرم و پسگرم ممکن است.

۱. الکترودهای نیکل ۹۹ مناسب ترین گزینه برای جوشکاری چدن

این دسته از الکترودها بهترین نتیجه را در جوشکاری چدن ایجاد می کنند اما گران تر از سایر الکترودها هستند. جوش های حاصل از الکترودهای نیکل قابل ماشین کاری هستند و در صورتی که آلیاژ فسفر در آن به میزان کم یا متوسط وجود داشته باشد، ریخته گری بهتر انجام می شود.

۲. الکترودهای نیکل-آهن

یکی دیگر از الکترودهای جوشکاری چدن، الکترودهای نیکل-آهن هستند که نسبت به الکترودهای نیکل ارزان قیمت تر می باشند. الکترودهای نیکل-آهن معمولاً برای تعمیراتی که ضخامت زیادی دارند، به کار می روند چون قابل پردازش هستند. نتیجه جوشکاری با این الکترودها این است که ترک های خط همجوشی کمتری دارند.

۳. الکترودهای فولادی

ارزان قیمت ترین الکترودهای قابل استفاده برای جوشکاری چدن، الکترودهای فولادی هستند و با توجه به نتیجه کار فقط می توان از آن ها در پر کردن های جزئی استفاده کرد. یکی از مزایای این نوع الکترودها، تطابق رنگ با قطعه کار است و ظاهر ریخته گری را بهتر از نمونه های دیگر نشان می دهند.

بیشتر بخوانید: معرفی الکترود ۷۰۱۸

 سیم جوش چدن

سیم جوش چدن و یا بع تعبیر درست الکترود جوشکاری چدن، از انواع الگترود است که از آن برای جوشکاری چدن استفاده می شود. جنس تشکیل دهنده الکترود چدن باید ترکیبات شیمیایی خاصی داشته باشد. این ترکیبات به خاطر این است که چدن دارای ساختار گرافیتی و کربن بالا است. چون که با فولاد تفاوت هایی دارد بهتر است از الکترود جوش چدن استفاده شود.

الکترود چدن بر اساس نوع جنس و کاربرد دارای انواع مختلفی هستند.

• الکترود های نیکل –  آهن
• الکترود های نیکل
• الکترود های مس – نیکل

نکات مهم پس از پایان جوش دادن چدن

از موارد مهمی که در جوشکاری چدن باید انجام شود، مقابله با تنش های ایجاد شده است.

ترک خوردن در زمان انقباض در اثر حرارت و تنش کششی رخ می دهد. اگر تنش کششی و تغییرات حرارتی به میزانی باشد که قابل کنترل نباشد، جوش دچار ترک خوردگی خواهد شد. برای مقابله با تنش کششی در زمان سرد شدن، فشاری را اعمال کرد تا احتمال ترک خوردگی به حدأقل برسد.

وارد کردن فشار به نقطه جوش در زمان جوشکاری نرم با استفاده از چکش هایی به نام peen-peen انجام می شود.

لایه برداری در جوشکاری چدن موجب کاهش احتمال ترک خوردگی و HAZ می شود؛ اما نکته ای که باید به آن دقت شود، باید این کار در زمانی که فلز قابلیت شکل پذیری را دارد، انجام گیرد.

یکی دیگر از روش های کنترل شرایط و جلوگیری از ترک خوردگی، کنترل خنک شدن می باشد که با عایق بندی و یا اعمال گرما در دوره های مشخص بر روی منطقه جوش قابل انجام است.

جوشکاری چدن به آهن

جوشکاری چدن به آهن یک فرآیند حیاتی در صنعت فلزات است که متخصصان جوشکاری برای ایجاد اتصالات قوی و دوام پذیر بین این دو فلز از آن استفاده می کنند. در این فرآیند، چدن که از آلیاژهای آهن و کربن تشکیل شده است، با آهن به وسیله جوشکاری متصل می شود.

مراحل انجام جوشکاری چدن به آهن

• آماده سازی سطح: سطح قطعات چدن و آهن باید بسیار تمیز و خشک باشد. از روش های مختلف مانند تمیزکاری مکانیکی و شستشو با مواد خاص برای حذف آلودگی ها مانند روغن، گرد و غبار استفاده می شود.
• انتخاب الکترود: الکترودهای آهنی با توجه به خصوصیات چدن و آهن انتخاب می شوند. این الکترودها باید بتوانند با دماهای بالا کار کنند و اتصال محکمی ایجاد کنند.
• تنظیم جریان و ولتاژ: پارامترهای جریان و ولتاژ بر اساس نوع چدن، آهن، و نیازهای فرآیند تنظیم می شوند. این پارامترها تاثیر مستقیمی بر کیفیت جوش دارند.
• جریان جوشکاری: الکترود به ناحیه جوش فشار داده می شود و جریان الکتریکی از الکترود به فلزهای چدن و آهن می گذرد. این جریان باعث گرمایش فلزها می شود.
• ذوب شدن الکترود: الکترود ذوب می شود و مواد ذوب شده به عنوان ماده پرکننده و بسته سازی برای ایجاد اتصال بین چدن و آهن عمل می کند.
• شکل دهی جوش: در این مرحله، جوشکار باید الکترود را به آرامی حرکت دهد تا جوش شکل مناسبی به خود بگیرد.
• سرد شدن و تثبیت جوش: پس از اتمام جوشکاری، جوش باید به آرامی سرد شود تا اتصال محکمی بین چدن و آهن ایجاد شود.

نکات مهم در جوش آهن به چدن

• کنترل دما: دمای جوشکاری باید با دقت کنترل شود تا از ترک خوردگی و تغییرات غیرمطلوب در ساختار فلزات جلوگیری شود.
• استفاده از پرکننده: مواد پرکننده مانند الکترود ذوب شده یا سیم جوش به عنوان ماده پرکننده برای تقویت اتصالات استفاده می شوند.
• تست و بازرسی جوش: بعد از جوشکاری، جوش ها باید تحت تست های غیرمخرب یا بازرسی دیداری قرار گیرند تا کیفیت آنها اطمینان بخش باشد.

جوش چدن چه مزیت هایی دارد؟

اتصالات محکم: جوشکاری چدن به آهن به دلیل توانایی ایجاد اتصالات محکم و بدون شکست، در ساخت قطعات و سازه هایی که نیاز به استحکام بالا دارند، بسیار ارزشمند است.

قابلیت اتصال فلزات مختلف: این فرآیند امکان اتصال فلزات مختلف را فراهم می کند. اتصال چدن به آهن یا سایر فلزات، این فرآیند را در بسیاری از صنایع متنوع قابل استفاده می سازد.

مقاومت در برابر فشار و حرارت: اتصالات حاصل از جوشکاری چدن به آهن مقاومت بالایی در برابر فشار و حرارت دارند، بنابراین در شرایط سخت صنعتی مانند در ساخت قطعات خودروها یا در صنایع نفت و گاز کاربرد دارند.

قابلیت تعمیر و بازسازی: این فرآیند به امکان تعمیر و بازسازی قطعات چدنی که آسیب دیده اند، می پردازد. این امکان باعث صرفه جویی در هزینه های تعویض قطعات و افزایش دوام تجهیزات می شود.

کاربردهای جوش آهن به چدن

• صنعت خودروسازی: در تولید قطعات مهم خودروها مانند موتورها، شاسی، و قطعات سنگین، جوشکاری چدن به آهن به عنوان یک روش اصلی به کار می رود.
• صنایع ساختمانی: در ساخت قطعات سازه های فلزی، پل ها، سازه های دریایی، و سازه های دیگر که نیاز به استحکام و دوام بالا دارند، از این فرآیند استفاده می شود.
• صنعت نفت و گاز: در جوشکاری لوله ها و قطعاتی که در شرایط حاکم در صنایع نفت و گاز قرار دارند، جوشکاری چدن به آهن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.
• صنایع ماشین سازی: در تولید و تعمیر قطعات ماشین آلات و تجهیزات صنعتی که تحت فشار و استرس زیاد قرار دارند، از جوشکاری چدن به آهن استفاده می شود.

کلام آروا:

از مواردی که برای جوشکاری چدن باید همیشه مورد توجه قرار گیرد، آماده سازی قطعه کار و محل جوش است که می تواند مشکلات جوشکاری را کاهش دهد. در صورتی که از تکنیک هایی مانند جکش زنی، وصله زنی، پیشگرم و پسگرم کردن قطعات استفاده کنید، می توانید کیفیت جوشکاری چدن را بالا ببرید. علاوه برا موارد ذکر شده، همچنین می توانید با گل میخ زنی و جوش گوشه، رعایت ترتیب و توالی جوشکاری جوشکاری چدن را بالاترین راندمان انجام دهید. شرکت آروا با تولید انواع اینورتر جوشکاری ساخت ایران توانسته است اینورترهای مناسب برای انواع جوشکاری ها را روانه بازار کند. شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر درباره محصولات آروا در ساعات اداری با شماره ۶۱۶۷۲ تماس بگیرید و یا در همین صفحه سؤالات خود را بنویسید تا پاسخ مناسب داده شود.