فولادهای سردکار به دلیل سختی بالا، مقاومت سایشی مناسب و قابلیت حفظ لبه برش، در ساخت قالب های برش، پانچ، تیغه های صنعتی و ابزارهایی که در دمای پایین کار می کنند استفاده می شوند. همین ویژگی ها باعث می شود جوشکاری فولاد سردکار نسبت به فولادهای معمولی حساس تر باشد.
در زمان جوشکاری، گرم و سرد شدن سریع می تواند ساختار فولاد را تغییر دهد و باعث ایجاد ترک، تنش داخلی یا کاهش سختی در ناحیه جوش شود. به همین دلیل انتخاب روش جوشکاری، پیش گرم کردن قطعه و کنترل سرعت سرد شدن اهمیت زیادی دارد. فولادهای ابزار به دلیل سختی پذیری بالا، در صورت جوشکاری بدون کنترل دما می توانند در فلز جوش و ناحیه متاثر از حرارت ساختار ترد و مستعد ترک ایجاد کنند.
برای بررسی هزینه خرید و انتخاب گرید مناسب، بهتر است قیمت فولاد های ابزاری سردکار را بر اساس نوع آلیاژ، ابعاد، سختی و برند تولیدکننده مقایسه کنید.
بله، بسیاری از فولادهای سردکار قابل جوشکاری هستند؛ اما نمی توان برای تمام گریدها از یک روش ثابت استفاده کرد. میزان کربن، عناصر آلیاژی، سختی قطعه، وضعیت عملیات حرارتی و ابعاد ابزار روی قابلیت جوشکاری تاثیر دارند.
برای مثال برخی گریدهای جدید فولاد سردکار جوش پذیری مناسبی دارند، در حالی که جوشکاری بعضی گریدهای پرآلیاژ و سخت شده نیاز به کنترل بسیار دقیق دما دارد. حتی برای برخی فولادهای سردکار پودری، تولیدکنندگان توصیه می کنند جوشکاری تا حد امکان محدود شود، زیرا احتمال ترک بالا است.
در نتیجه پیش از جوشکاری باید ابتدا گرید دقیق فولاد مشخص شود و دستورالعمل عملیات حرارتی همان گرید مورد بررسی قرار گیرد.
روش جوشکاری باید بر اساس اندازه قطعه، میزان تعمیر مورد نیاز، گرید فولاد و سختی نهایی مورد انتظار انتخاب شود. از روش های متداول می توان به موارد زیر اشاره کرد:
جوشکاری TIG
جوشکاری TIG یکی از روش های مناسب برای تعمیر قالب ها و ابزارهای سردکار است. در این روش کنترل حرارت و مقدار فلز پرکننده نسبت به بسیاری از روش های دیگر بیشتر است و می توان تعمیرات کوچک و دقیق را انجام داد.
برای بسیاری از گریدهای فولاد سردکار، دستورالعمل های صنعتی استفاده از TIG را همراه با پیش گرم و سیم جوش متناسب با گرید فولاد پیشنهاد می کنند.
جوشکاری الکترود دستی
روش SMAW یا جوشکاری با الکترود دستی نیز برای برخی تعمیرات فولاد ابزار قابل استفاده است. این روش بیشتر برای تعمیر نواحی بزرگ تر مناسب است، اما کنترل حرارت ورودی اهمیت زیادی دارد.
جوشکاری لیزری
در تعمیرات بسیار ظریف قالب ها می توان از جوشکاری لیزری استفاده کرد. منطقه متاثر از حرارت در این روش معمولا محدودتر است و برای تعمیر نقاط کوچک یا لبه های قالب گزینه مناسبی محسوب می شود.
صرف نظر از روش انتخاب شده، سیم جوش یا الکترود باید با جنس فولاد پایه و خواص مورد انتظار قطعه هماهنگ باشد. ترکیب فلز پرکننده می تواند روی سختی، یکنواختی ساختار و مقاومت در برابر ترک تاثیر مستقیم داشته باشد.
برای رسیدن به یک جوش مناسب، تنها اجرای جوش کافی نیست و آماده سازی قطعه نیز اهمیت زیادی دارد.
ابتدا محل ترک یا قسمت آسیب دیده باید کاملا بررسی شود. ترک های موجود باید به طور کامل برداشته شوند و سطح جوش از روغن، گریس، زنگ زدگی و آلودگی پاک شود.
پس از آماده سازی سطح، مراحل کلی شامل موارد زیر است:
کنترل این مراحل کمک می کند احتمال ایجاد ترک و تغییر شدید سختی در اطراف جوش کاهش پیدا کند.
پیش گرم کردن قبل از جوشکاری
پیش گرم کردن یکی از مهم ترین مراحل در جوشکاری فولاد سردکار است. اگر قطعه سرد مستقیما جوشکاری شود، ناحیه جوش و اطراف آن با سرعت زیادی سرد می شود و احتمال تشکیل ساختار سخت و ترد و در نتیجه ترک افزایش پیدا می کند.
دمای پیش گرم عدد ثابتی برای تمام فولادهای سردکار نیست. برای بعضی گریدها محدوده حدود 200 تا 250 درجه سانتی گراد توصیه می شود و برخی گریدهای خاص ممکن است به دمای بالاتری نیاز داشته باشند. برای نمونه در دستورالعمل Uddeholm برای بعضی فولادهای سردکار سخت شده، دمای حدود 250 درجه سانتی گراد و برای Vanadis 8 دمای حدود 375 درجه سانتی گراد ذکر شده است.
بنابراین استفاده از یک دمای ثابت برای تمام فولادهای سردکار اشتباه است و باید دستورالعمل گرید مورد نظر بررسی شود.
همچنین دمای قطعه در حین جوشکاری باید تا حد امکان یکنواخت باقی بماند. قطع کردن عملیات، سرد شدن کامل قطعه و ادامه جوشکاری در زمان دیگری می تواند احتمال ترک را افزایش دهد.
عملیات حرارتی پس از جوشکاری
پس از پایان جوشکاری، معمولا نباید اجازه داد قطعه به صورت ناگهانی سرد شود. سرد شدن کنترل شده باعث کاهش اختلاف دمای شدید بین قسمت جوش و سایر بخش های قطعه می شود.
برای قطعات سخت کاری شده، بسته به گرید فولاد ممکن است پس از جوشکاری عملیات تمپر نیز لازم باشد. در برخی دستورالعمل های فولاد سردکار، دمای تمپر بعد از جوشکاری حدود 10 تا 20 درجه سانتی گراد پایین تر از آخرین دمای تمپر قطعه انتخاب می شود. البته این مقدار نیز به نوع فولاد و وضعیت عملیات حرارتی قبلی بستگی دارد.
هدف اصلی عملیات حرارتی پس از جوشکاری، کاهش تنش های ایجاد شده، متعادل کردن سختی ناحیه جوش و کاهش احتمال ترک است.
مهم ترین مشکل در جوشکاری فولاد سردکار احتمال ایجاد ترک است. سختی پذیری بالای این فولادها باعث می شود سرد شدن سریع ناحیه جوش بتواند ساختاری بسیار سخت و شکننده ایجاد کند.
از مشکلات متداول دیگر می توان به موارد زیر اشاره کرد:
یکی دیگر از مشکلات مهم، انتخاب نامناسب سیم جوش است. فلز پرکننده باید بتواند خواصی متناسب با شرایط کاری ابزار ایجاد کند. در غیر این صورت ممکن است محل تعمیر از نظر سختی یا مقاومت سایشی با سایر قسمت های قالب متفاوت باشد.
نکات مهم برای جلوگیری از ترک جوش
برای کاهش احتمال ترک هنگام جوشکاری فولاد سردکار، چند نکته اهمیت بیشتری دارند:
گرید فولاد را دقیق مشخص کنید.
دمای پیش گرم، سیم جوش و عملیات حرارتی برای گریدهای مختلف یکسان نیست.
قطعه را قبل از جوشکاری پیش گرم کنید.
پیش گرم باعث کاهش سرعت سرد شدن و اختلاف دمای شدید در ناحیه جوش می شود.
دمای بین پاس ها را کنترل کنید.
نباید اجازه داد قطعه در میان مراحل جوشکاری به صورت کامل سرد شود.
از فلز پرکننده مناسب استفاده کنید.
سیم جوش یا الکترود باید با گرید فولاد و خواص مورد انتظار ابزار هماهنگ باشد.
حرارت ورودی را کنترل کنید.
حرارت بیش از حد می تواند باعث تغییر ساختار و افت خواص اطراف جوش شود.
از سرد کردن ناگهانی جلوگیری کنید.
پس از جوشکاری، قطعه باید به صورت کنترل شده سرد شود.
محل جوش را کاملا تمیز کنید.
وجود روغن، رطوبت یا آلودگی می تواند کیفیت جوش را کاهش دهد و احتمال ایجاد عیب را افزایش دهد.
در نهایت باید توجه داشت که جوشکاری فولاد سردکار یک عملیات تعمیراتی حساس است. هرچه سختی و میزان آلیاژ فولاد بیشتر باشد، کنترل پیش گرم، دمای بین پاس، فلز پرکننده و عملیات حرارتی اهمیت بیشتری پیدا می کند.
سوالات متداول
بسیاری از گریدهای فولاد سردکار قابل جوشکاری هستند، اما میزان جوش پذیری آنها متفاوت است. برخی گریدهای پرآلیاژ یا سخت شده به کنترل دقیق دما و عملیات حرارتی نیاز دارند.
برای تعمیرات دقیق قالب و ابزار، TIG یکی از روش های پرکاربرد است؛ اما انتخاب بهترین روش به گرید فولاد، اندازه تعمیر و شرایط قطعه بستگی دارد.
سختی پذیری بالا و سرد شدن سریع می تواند در ناحیه جوش ساختار سخت و شکننده ایجاد کند. تنش حرارتی نیز احتمال ترک را افزایش می دهد.
در بسیاری از گریدها بله. پیش گرم کردن یکی از روش های اصلی کاهش سرعت سرد شدن و خطر ترک است. دمای دقیق باید بر اساس گرید فولاد تعیین شود.
یک عدد ثابت وجود ندارد. در برخی گریدها حدود 200 تا 250 درجه سانتی گراد کافی است، در حالی که بعضی فولادهای پرآلیاژ ممکن است به دمای بالاتری نیاز داشته باشند.
