درجه رقت در جوش چیست ؟!

تعریف درجه رقت 

درجه رقت یا به انگلیســی Dilution به این صورت تعریف می شود ، به درصد مشارکت فلز پایه در فلز جوش درجه رقت گفتــه می شود. به عبارت دیگر درجه رقت مشخص میکنــد که ترکیب نهایی فلز جوش به چه صورت است یعنی چه مقدار از ترکیب شیمیایـــی فلز جوش از فلز پایــه و چه مقدار از فیلر یا پرکننده است .

فرمول درجه رقت

درجه رقت چگونه بدست می آید؟ برای بدست آوردن درجه رقت جوش باید ترکیب شیمیایی فلز جوش را بدست آورد که این روش به شیوه های مختلفـــی انجام می شود که یکی از این روش ها استفاده از دستگاه کوانتومتری است ، و بدین صورت که با مشخص بودن ترکیب شیمیایی فلز جوش و ترکیب شیمیایی فلز پایه می توان مشخص کرد که چه میزان فلز پایه در فلز جوش مشارکت کرده است .

با توجـــه به فرمول زیر می توان درجه رقت را مشخص کرد .

مثــــال ) دو قطعه فولاد ۱۰۴۰ AISI را بصورت اتصال لب به لب [ انواع اتصالات جوشکاری ] کنار هم قرار میدهیـم و با استفاده از روش جوشکاری تیگ و فیلر مناسب آنها را جوشکاری میکنیـــم اگر درصد عناصر موجود در فلز جوش پس از آزمایش بصورت زیر باشد ، درجه رقت را محاسبـــه کنید .

درصد عناصر موجود در فلز پایه (۰/۳۷ کربن ، ۰/۰۸ سیلیسیــــم ، ۰/۶ منگنز)

درصد عناصر موجود در فلز جوش(۰/۱۱ کربن ، ۱ کروم ، ۰/۷ منگنز)

با توجه به اطلاعات فوق چون کربن هم در فلز پایه و هم در فلز جوش وجود دارد می توانیــم به این صورت درجه رقت را محاسبـــه کنیم .

D=۰/۱۱÷۰/۳۷=۰/۲۹

با توجه به محاسبات فوق قابل نتیجه گیری است که درصد رقت در این فرآیند در حدود ۰/۳ یا ۳۰ درصد است یعنـــی فلز پایـــه ۳۰ درصد ترکیب فلز جوش را تشکیل می دهد .

 چرا درجه رقت دارای اهمیت میباشد ؟!

منطقه ی ذوب، منطقه ای از یک جوش ذوبی است که در آن ذوب کامل و انجماد مجدد حين فرایند جوشکاری اتفاق می افتد. ریزساختار منطقه ی ذوب تابعی از ترکیب شیمیایی و شرایط انجماد است. هر گونه تغییر کوچکی در ترکیب شیمیایی اغلب به تغییرات بزرگی در ریزساختار و خواص منجر می شود. لذا به همین دلیل درجه رقت در جوش دارای اهمیت می باشد .

برای بررسی دلیل اهمیت درجه رقت ، باید آن را در سه حالت جوشکاری توضیح بدهیم .

۱) در جوشکاری بدون فلز پر کننده

۲) در جوشکاری همگن (در جوش های که قرار است دو فلز یکسان به همدیگـــر متصل بشوند )

۳) در جوشکاری ناهمگن (در جوش های که قرار است دو فلز متفاوت به همدیگـــر متصل بشوند )

همانطـــور که احتمالاً اطلاع دارید فرآیند جوشکاری هم قابلیت انجام با فیلر (پرکننده) را دارند و هم قابلیت انجام بدون فیلر (پرکننده) پس بدین منظور در جوشکاری بدون فلیر از فلز پر کننده ای استفاده نمی شود و منطقه ی ذوب به وسیله ی ذوب شدن و انجماد مجدد فلز پایه تشکیل می شود.

فرایندهای جوشکاری که با جوشکاری بدون فلیر سازگارند یا ممکن است سازگار باشند، عبارتند از جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی GTAW (جوش آرگون)، جوشکاری الکتروبیم EBW ، جوشکاری لیزر LBW و جوشکاری پلاسمــا PAW ، جوشکاری مقاومتی و جوشکاری التراسونیک هستند .

در جوشکاری بدون فلز پر کننده حوضچــه جوش اساسا همان ترکیب شیمیایی فلز پایه را دارد، به جز در اتلاف های احتمالی ناشی از تبخیر یا جذب گازها از اتمسفر محافظ، به دلیل مسایل جوش پذیری در جوشکاری بدون فلز پر کننده ترکیب شیمیایی فلز پایه نزدیک است.

۲) در جوشکاری همگن (در جوش های که قرار است دو فلز یکسان به همدیگـــر متصل بشوند ) و فلز پر کننده با ترکیب شیمیایی نزدیک به فلز پایه انجام می شود ، ترکیب شیمیایی نهایی فلز جوش مشابــــه فلز پایه است .

بررسی جوش همگن و غیر همگن

اما چرا این مسئلـــه دارای اهمیت است ؟!  ترکیب شیمیایی حوضچـــه جوش زمانی استفاده می شود که در کاربرد، همخوانی خواص فلز پایه و فلز پرکننده ضروری باشد. خواص‍ی از قبیل پاسخ به عملیات حرارتی با مقاومت خوردگی، نمونه هایی از خواصی هستند.  که در ارتباط با درجه رقت جوش هستنـد.

چند مثال رایج از جوش همگن عبارت است از استفاده از فولاد زنگ نزن ۳۱۶L که به خاطر هم خوانی خواص خوردگی با پر کننده ۳۱۶L به هم متصل می شوند و استفاده از فلز پرکننده ی E ۱۰۰۱۶-D۲ بر فولاد کرم-مولیبدن دار AISI ۴۱۳۰ که معمولاً بعد از آن عملیات حرارتی پس از جوشکاری PWHT انجام می شود . با استفاده از محاسبـــه درجه رقت می توان مشخص کرد که ترکیب فلز جوش به چه صورت است و  خواص مکانیکـی و شیمیایی آن را مشخص کرد .

جوش های ناهمگن جوش هایی ذوبی هستند که با فلزات پرکننده ی دارای ترکیبی شیمیایی متفاوت از فلز پایه ایجاد می شوند. در بسیاری از موارد، ممکن است فلزات پرکننده ی مشابه موجود نباشند یا ممکن است خواص ممکن است خواص جوش مطلوب با ترکیب شیمیایی مشابه قابل دستیابی نباشد همچنین باید پذیرفت که ممکن است بسیاری از ترکیبات شیمیایی فلز پایه ذاتــــاً جوش پذیری ضعیفی داشته باشند و استفاده از فلزات پرکننده ی نامشابه برای به دست آوردن خواص با کارایی قابل قبول ضروری باشد.

 بعضی از ملاحظاتی که باید در استفاده از فلز فیلر (پرکننده) با ترکیب شیمیایی نامشابه در نظر گرفته شوند عبارتند از استحکام، جلوگیـــری از ایجاد عیوب جوش ، افزایش مقاومت به ترک انجمادی، پاسخگویی به عملیات حرارتی، مقاومت به خوردگی، قیمت فلز پرکننده، و ویژگی های عملیاتی ماده ی مصرفی در زمان استفاده از فلز پر کننده ای که ترکیب شیمیایی متفاوت از فلز پایه دارد، اثرات درجه رقت باید به دقت در نظر گرفته شود.

نمونه هایی معمول از جوش های ناهمگن عبارتند از استفاده از فلز پرکننده‌ی ۳۰۸L بر فلز پایه‌ی ۳۰۴L کـــه برای بهبود جوش پذیری و مقاومت به خوردگی و استفاده از فلز پر کننده توصیه می شود. در مثال دیگر جوشکاری آلومینیوم آلیاژ ۶۰۶۱ می توان برای بهبود مقاومت به خوردگی و ترک خوردگی از فیلر ۴۰۴۳ استفاده کرد.

همان طور که پیش تر گفته شد، استفاده از جوش های ناهمگن اغلب نیاز به توجه ویژه به اثرات درجه رقت دارند. رقت را می توان به صورت تغییر در ترکیب شیمیایی فلز پرکننده ناشی از مخلوط شدن آن با فلز پایه حین فرایند ذوب شدن تعریف کرد. در بسیاری از موارد، رقت مطلوب نیست و باید به دقت کنترل شود.

برای اکثر فرایندهای جوشکاری، رقت معمولا زیر ۵۰ درصد قرار داده می شود. و فرآیند جوشکاری زیر پودری بیشترین درجه رقت در فرآیندهای مرسوم جوشکاری را دارد و روش جوشکاری تیگ کمترین درجه رقت در فرآیندهای مرسوم جوشکاری را دارد.