پسگرم در جوشكاري فولادهاي A514/A514M

فولادهاي A514/A517 يك گروه از فولادهاي سازه كونچ و تمپر شده با تركيبي از خواص مكانيكي مناسب هستند. مهمترين اين خواص استحكام تسليم بالا (حداقل استحكام تسليم 90-100 ksi )، جوشپذيري و تافنس خوب در دماهاي پايين ميباشد. استفاده از اين فولادهاي پر استحكام باعث كاهش هزينه و افزايش راندمان ميگردد. هرچند جوشپذيري اين فولادها خوب است اما براي ايجاد يك اتصال موفق بايد به برخي نكات مهم توجه داشت. از جمله مهمترين اين نكات عمليات پسگرم ميباشد. منظور از عمليات پسگرم در اين نوشتار، عمليات حرارتي پس از جوشكاري در دماي بالاتر از 370ºC و كمتر از دمايي است كه سازنده براي تمپر كردن اين فولاد استفاده نموده است. بطور كلي اين فولادها نبايد تحت عمليات پسگرم قرار بگيرند چرا كه ممكن است در اثر اين عمليات، تافنس در ناحيه جوش و HAZ كاهش يافته و يا ترك در قطعه ايجاد شود.

عناصر آلياژي كه براي دستيابي به استحكام و تافنس بالا در اين فولادها بكار رفته در اثر عمليات پسگرم تاثير عكس بر خواص خواند داشت. عمليات پسگرم براي اين فولادها-مانند ساير فولادها- تنها زماني ميتواند انجام شود كه از مفيد بودن آن اطمينان حاصل شده و آثار مخرب احتمالي آن قابل كنترل باشد.بهرحال در برخي موارد لزوم اجراي عمليات پسگرم غير قابل انكار است. بخصوص در مواردي كه امكان ايجاد ترك يا ترك خوردگي تنشي (SCC) در اثر تنشهاي باقيمانده از جوش يا كار سرد روي قطعه وجود داشته و يا تافنس قطعه در اثر جوشكاري يا كار سرد كاهش يافته باشد. در اين گونه موارد بايد بررسي دقيقي صورت گيرد تا بتوان عمليات پسگرمي موفق و با كمترين احتمال آسيب اجرا كرد.

نتايج تستهاي ضربه انجام شده نشان ميدهد كه عمليات پسگرم در محدوده دمايي 510-650ºC ميتواند باعث آسيب به تافنس فلز جوش و ناحيه HAZ گردد. ميزان اين آسيب به تركيب شيميايي، دماي عمليات و مدت زمان قرار گرفتن قطعه در آن دما بستگي داشته و اثر مخرب آن با كاهش سرعت سرد كردن افزايش ميابد.

همچنين هنگامي كه جوش اين فولادها تحت عمليات پسگرم بالاتر از 510ºC قرار ميگيرد- مانند بسياري فولادهاي ديگر- ممكن است در ناحيه درشت دانه شده HAZ تركهاي بين دانه اي ايجاد شود. تركهاي بين دانه اي كه در اثر تنش بالا ايجاد ميشوند اغلب در مراحل اوليه عمليات پسگرم اتفاق مي افتند. امكان ايجاد اين تركها با افزايش ميزان مهار جوش (Weld Restraint) و شدت تمركز تنش بالا ميرود. عناصر كرم، موليبدن و واناديوم عوامل اصلي در ايجاد اين تركها هستند ولي عناصر كاربيدزاي ديگر نيز به اين قضيه كمك ميكنند. رسوب كاربيدها در دماي بالا در خلال اجراي عمليات پسگرم تعادل بين مقاومت به لغزش مرزدانه ها و مقاومت به تغيير فرم را در دانه هاي درشت ناحيه HAZ بر هم ميزند. اين پديده قبلا بطور كاملتر توضيح داده شده است (رجوع كنيد به مطلب مرتبط). اين تركها به نامهاي تركهاي بازگرمايشي (Reheat Crack)، تركهاي آزادكننده تنش (Stress Relife Crack) و تركهاي تنشي (Stress Rapture Crack) شناخته ميشوند. براي كاهش احتمال ايجاد اين تركها در مواردي كه انجام پسگرم الزامي باشد ميتوان از روشهاي زير استفاده كرد:

1- رعايت دقيق ميزان پيشگرم و كنترل حرارت ورودي حين جوشكاري با استفاده از تكنيكهاي مناسب.
2- انتخاب طرح اتصال، محل جوشكاري و ترتيب آن بگونه اي كه ميزان مهار بودن جوش به حداق برسد.
3- طراحي اتصال و شكل گرده نهايي بگونه اي كه حداقل تمركز تنش ايجاد شود.
4- استفاده از فلز جوشي كه استحكام آن در دماي عمليات پسگرم كمتر از استحكام ناحيه HAZ فلز پايه باشد.
5- پوشش دادن و يا لايه كشي ناحيه پنجه جوشهاي گوشه توسط يك يا چند لايه جوش بصورت حلقه زنجيري. براي اينكار بايد از فلز جوش با استحكام كم استفاده شود.
6- چكش زني ناحيه جوش به منظور كاهش تنشهاي پسماند در آن.

لازم به ذكر است كه اجراي هيچكدام از موارد فوق به تنهايي يا بصورت تركيبي متضمن حذف كامل احتمال ايجاد ترك در موارد عملي نميباشد، بلكه تنها كاهش دهنده اين احتمال است.

درصورت اجراي عمليات پسگرم، دماي آن نبايد از دماي تمپرينگ توليد كننده فلز بالاتر باشد. پسگرم در دمايي حدود 10ºC كمتر از دماي تمپرينگ توليد كننده از كاهش استحكام فولاد جلوگيري ميكند. همچنين توصيه ميشود كه قطعات جهت بررسي وجود ترك قبل و بعد از عمليات پسگرم تحت تستهاي غير مخرب قرار گيرند.