دمای پیشگرم- به شیوه امریکایی
با استفاده از درجه حرارت‌های پیشگرم وپاس میانی مناسب می‌تواند به کاهش ترک خوردگی هیدروژنی کمک کند. یکی از روش‌ها برای انتخاب مناسب‌ترین درجه حرارت، ارتباط دادن میل به ترک خوردگی با سختی فولادها براساس کربن معادل است. رایج‌ترین معادلات کربن معادل اینها هستند:
شکل زیر درجه حرارت‌های پیشگرم و پاس میانی توصیه شده براساس معادله CE را نشان می‌دهد:
تنظیمات یک پیشگرم معمول میدانی به صورت موضعی
دانستن این که چه دمایی برای پیشگرم فلز پایه تان مورد نیازاست، گاهی اوقات موضوع بغرنجی است. شاید کسی با خودش بگوید پیشگرم تا 150 درجه سانتیگراد برای رسیدن به منطقه ایمن خوب است. اما در واقعیت این 150 درجه سانتیگراد می‌تواند بیش از اندازه ایمن باشد، یا این که اصلا کافی نباشد. آیا بایددما را تا 200 درجه سانتیگراد رساند تا آسوده خاطر شد. پاسخ ساده نیست.
پیشگرم کردن هزینه بر است و پیشگرم کردن تا دمای 150 درجه سانتیگراد می‌تواند بیشتر از دوبرابر پیشگرم کردن تا دمای 70 درجه سانتیگراد هزینه بر باشد. هم چنین برخی فولاد ها را نباید خیلی بیش از حد دما داد که سبب افت خصوصیات مکانیکی آنها می‌شود.
بهترین چیز برای تعیین دمای پیشگرم، فلز پایه است.
براساس فلز پایه میتوان مطمئن شد که گرما بیش از حد نیست و سبب اعمال هزینه بیهوده و تخریب خصوصیات فولادی نمی‌شود و همچنین تضمین می‌شود که جوش به معضل ترک خوردگی ناشی از سرد شدن سریع نمی‌رسد وقتی پیشگرم بیش ازحد پایین باشد.
محاسبه دمای پیشگرم
شیوه‌های متعددی برای رسیدن به دمای پیش گرم وجود دارد. در این جا به بررسی چند شیوه می‌پردازیم:
1. راهنمای اختیاری R در کد ASME Sec VIII Div.1
با استفاده از راهنمای اختیاری R در کد ASME Sec VIII Div.1 برای ظروف تحت فشار از این روش استفاده می‌کنیم. براساس ضمیمه یاختیاری R در کد، پیشگرم را میتوان در طول جوش کاری برای تکمیل اتصال جوش خورده به کار گرفت. نیاز و زمان پیشگرم بستگی به عوامل متعددی همانند آنالیز شیمیایی، حد محدودیتی قطعاتی که متصل می‌شوند، خصوصیات فیزیکی دمای بالاتر و ضخامتهای سنگین دارد. بنابراین قوانین اجباری در این بخش از کد برای آن ارائه نشده است،
برخی از شیوه‌های پیشگرم بعنوان یک راهنمای عمومی جهت متریال‌های فهرست شده براساس No P های بخش نهم کد (ASMESec IX ) در ضمیمه R ارائه شده است.
توجه شود که دماهای پیشگرم فهرست شده در ضمیمه لزوما تکمیل رضایت بخش اتصال جوش خورده را تامین نمی‌کنند و الزامات متریال های منفرد درون فهرست No P ها می‌تواند به محدودیت‌ها یپیشگرمی دیگری نیز بیانجامد. مشخصات رویه ای (WPS/PQR) برای متریالی که جوش می‌خورد، حداقل دمای الزامی پیشگرم را تحت الزامات تایید کیفی روند جوشکاری بخش نهم مشخص می‌کند. گرمای جوشکاری می‌تواند به نگهداری دمای پیشگرم پس از شروع جوش کمک کند و به منظور بازرسی، بررسی‌های دمایی را میتوان نزدیک جوش انجام داد.
درنتیجه شیوه و حدود به کارگیری پیشگرم، به صورت مشخصی ارائه نشده است. معمولا زمانی که متریال با دو No P متفاوت به همدیگر توسط جوشکاری متصل می‌شوند، پیشگرم استفاده شده برای متریالی ملاک خواهد بود که پیشگرم بالاتری برای آن در مشخصات رویه‌ای تعیین شده باشد. برای نمونه پیشگرم P No.1 , Gr No1,2,3 به صورت زیر است:
- الف) دردمای 79Cͦ برای متریالی که حداکثر مقدار کربنش بیشتر از 0.3% و ضخامتش در محل اتصال بیشتر از 25mm است.
- ب) در دمای Cͦ 10 برای بقیه متریال‌های این دسته
2. مراجعه به جدول 5.8 از کد AWS D1.1 برای سازه ها
3. مراجعه به جدول Table 330.1.1 در کد ASME B31.3 برای پایپینگ
4. مراجعه به جدول Table 5.1-1 در کد ASME B31 P برای پایپینگ
5. شیوه‌های جایگزین Annex B ، در کد AWSD1.1 برای سازه‌های فولادی
این شیوه اساسا براساس تحقیقاتی در مقیاس آزمایشگاهی طی سال‌ها در سراسر جهان به دست آمده است. هیچ شیوه‌ای نیست که برای رسیدن به شرایط بهینه در همه حالات باشد، اما این راهنما، چند عامل مهم مانند سطح هیدروژنی را که به صراحت در الزامات جدول زیر ارائه نشده، را شامل می‌شود. بنابراین، این راهنما می‌تواند زمانی جایگزین جدول زیر شود، که مقادیر آن جدول بیش از حد محافظه کارانه باشد یا در برخی حالات به قدر کافی برآورنده نیاز نباشد. در این جایگزین از دو شیوه برای تخمین شرایط جوشکاری برای پرهیز از ترک سرد، ارائه شده است:
- کنترل سختی منطقه متاثر از حرارت جوشکاری HAZ،
- کنترل هیدروژنی
5.1 کنترل سختی HAZ
شیوه کنترل سختی HAZ فقط برای جوش‌های نبشی مطابق AWD D1.1 کارایی دارد. این شیوه با این فرض است که اگر نرخ تبرید تا مقدار بحرانی کاهش داده شود، سطح سختی آن قدر بالا نخواهد بود که به تسهیل ترک بیانجامد. نرخ تبرید برای همه مواد یکسان نیست، بلکه بستگی به سختی‌پذیری فولاد دارد. نرخ تبرید بحرانی که در آن، ترک خوردگی دردسر ساز می‌شود، به کربن معادل فولاد مذکوروابسته است. این شیوه شما را الزام می‌کند تا ترکیب شیمیایی فولادتان را داشته باشید تا بتوانید کربن معادل CE را محاسبه کرده و سپس مشخص کنید که آیا پیشگرم ضروری است یابایستی از یک گرمای وردی به قدر کافی بالا در زمان جوشکاری استفاده کنید تاالزامات نرخ تبرید تامین شود. تبرید سریع می‌تواند مارتنزیتی راشکل دهد که مستعدترک خوردگی سرد است.
انتخاب سختی بحرانی به عوامل متعددی همانند نوع فولاد، سطح هیدروژنی، محدودیت قطعه و شرایط سرویسی دارد. آزمون‌های آزمایشگاهی بر روی جوش های نبشی ثابت کرده است که ترک HAZ رخ نم دهد اگرسختی ویکرز HV در HAZ کمتر از 350HV باشد، حتی با الکترودهای هیدروژن بالا.
برای الکترودهای کم هیدروژن سختی تا 400 HV بدون ترک خواهد بود.
با این حال همین سختی را نمیتوان درجایی پذیرفت، که خطر افزایش یافته ترک خوردگی تنشی، شروع ترک ترد یا دیگر خطرات ایمنی برای کارایی‌پذیری فولادی وجود داشته باشد.
5.2 کنترل هیدروژنی
شیوه جایگزین دیگر در کد AWS D1.1 ، که در ANNEX B بیان شده، بر مبنای این فرضیه است که ترک رخ نخواهد داد اگر مقدار هیدروژن در فلز جوش رسوب شده کمتر از مقدار معینی باشد. این مقدار، همانند شیوه HAZ، از فولادی نسبت به فولاد دیگر متفاوت است. دیگر عواملی که کابستی مد نظر قرار داد، ترکیب شیمیایی فولاد و سطح محدودیت (restraint) است.
سطح محدودیت مطابق بند B6.2.5 در انواع جوش‌ها بایستی بر مبنای تجربه، قضاوت مهندسی تحقیقات یا محاسبات مشخص شود.
برای مثال:
- Low Restrai، به معنای اتصالات جوشی و شیاری معمولی است که آزادی عمل و حرکت منطقی در عضوهای اتصال داشته باشند.
- Medium Restraint برای اعضایی است که به کار سازه‌ای متصل شده و آزاد حرکت کمتری داشته باشند.
- High Restriant برای جوش‌هایی است که اعضایی آن عملا هیچگونه آزادی تحرکی نداشته باشند، مثلا یک جوش تعمیراتی در یک قطعه ضخیم.
استفاده از شیوه‌ی کنترل هیدروژنی به ویژه برای کار بافولادهای کم آلیاژی استحکام بالا با سختی پذیری بالا HLSA سودمند خواهد بود.
نکته مهم دیگری که باید در این شیوه مد نظر داشت، این است که این شیوه فرض می‌کند که فولاد به بیشینه سختی‌پذیری خواهد رسید، پس مقدار محاسبه شده برای پیشگر می‌تواند برای فولادهای کم کربن بیش از حد محافظه کارانه ( بیش از اندازه بالا ) باشد.
نظرات کاربران