تاثیر سختی فولاد در برش و جوش لیزری
سختی فولاد در برش و جوش لیزری چه تاثیری دارد ؟ سختی فولاد ویژگی های فولاد را توصیف می کند و آن را قادر می سازد تا در برابر تغییر شکل، تورفتگی ، نفوذ و خراش مقاومت نماید. در مهندسی، سختی فولاد بسیار مهم می باشد زیرا مقاومت ذاتی سطح در برابر اصطکاک یا فرسایش توسط روغن، بخار و آب به طور معمول با سختی نسبی فولاد افزایش می یابد. هرچه سختی فولاد بیشتر باشد، سطح آن مقاومت بیشتری خواهد داشت و این امر در عملیات سطحی مانند برش، ماشین کاری و همچنین جوشکاری مشکل ایجاد خواهد نمود.
سختی فولاد ویژگی های فولاد را توصیف می کند و آن را قادر می سازد تا در برابر تغییر شکل، تورفتگی، نفوذ و خراش مقاومت نماید. در مهندسی، سختی فولاد بسیار مهم می باشد زیرا مقاومت ذاتی سطح در برابر اصطکاک یا فرسایش توسط روغن، بخار و آب به طور معمول با سختی نسبی فولاد افزایش می یابد. هرچه سختی فولاد بیشتر باشد، سطح آن مقاومت بیشتری خواهد داشت و این امر در عملیات سطحی مانند برش، ماشین کاری و همچنین جوشکاری مشکل ایجاد خواهد نمود.
با توجه به مطالب بالا بیشتر فولادها بنابر استفاده آنها در قطعات مختلف نیاز به سختی دارند اما سخت شدن آنها علاوه بر مزایایی که اشاره کردیم دارای معایبی هم می باشد از جمله مهمترین معایب آنها عدم جوش پذیری می باشد و این امر سبب بروز مشکلاته دیگری می گردد برای مثال پره های غلتک زیر بر اثر بیدقتی شکسته شده و نیاز به ترمیم دارد اما بر روی آن سختکاری صورت گرفته است و اگر بخواهیم با استفاده از روش های سنتی مانند جوش Tig , Mig آنها را ترمیم نماییم غیرقابل انجام می باشد.
با توجه به پیشرفت روز افزون علم، راه های جایگزینی برای جوشکاری فولادهای سخت شده پیدا شده است که در هنگام جوشکاری خواص و شکل ظاهری فولاد حفظ گردد و یکی از این راه ها استفاده از جوش لیزر می باشد. ما در اینجا با تغییر پارامترهایی از جمله توان و فرکانس جوش لیزر ND:Yag توانسته ایم به راحتی فولاد سخت شده را جوش دهیم و این امر سبب صرفه جویی در هزینه و وقت گردیده است زیرا ساخت دوباره پره ها نیازمند هزینه و زمان بالایی می باشد.
فولاد چیست؟
فولاد یک ماده ضروری در سطح جهانی است. که با ترکیب آهن و کربن و تبدیل آن به یک آلیاژ جامد بدست می آید و ساختمان ها، مخازن اتومبیل و زیرساخت ها را به طور گسترده تر تشکیل می دهد. یکی از خواص این ماده سختی یا مقاومت در برابر تغییر شکل ناشی از فرورفتگی، ضربه یا سایش است. به یاد داشته باشید که فولاد سختی خود را دارد که فقط گاهی برای فعالیت های خاص کافی است. برای حل این مشکل روش هایی ایجاد شده است که سختی و سایر خواص فولاد را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. روش هایی که ما در مورد آنها صحبت می کنیم شامل سخت شدن فولاد است.
سخت شدن فولاد چیست؟
سخت شدن سطح فولاد معمولا بر روی محصول نهایی انجام می شود، نه مواد خام. در ماشینکاری CNC، سخت شدن فولاد یک فرآیند تکمیلی است که روی قطعه کار انجام می شود. این به این دلیل است که سخت کردن کل یک بلوک فولادی مقرون به صرفه نیست، زیرا مقدار زیادی از آن در حین ماشینکاری حذف می شود. همچنین، ماشینکاری فولاد سخت شده دشوارتر است، زیرا سختی قطعه کار، نفوذ ابزار را دشوارتر می کند.
سازه های داخلی ساخته شده از فولاد و سختی آنها
به خاطر داشته باشید که فولاد بسته به کاربرد آن می تواند ترکیبات مختلفی داشته باشد. چیزی که آن را متمایز می کند ساختار درونی آن است. با افزایش تقاضا برای فلزات با مقاومت بالاتر، سخت شدن فولاد ضروری می شود. فولاد در ابتدایی ترین شکل خود دارای استحکام و سختی نسبتاً کمی است. با این حال، اصلاح ساختار آن می تواند نسخه قوی تری ایجاد نماید. سخت شدن فولاد باعث افزایش سختی و استحکام آن می شود. مفاهیم زیر را می بایست در مورد ساختار داخلی آن بدانید:
- مارتنزیت: این سخت ترین شکل ساختار کریستالی داخلی فولاد است که در آن تبدیل مارتنزیتی رخ می دهد. سرد شدن سریع آهن، آستنیتی مارتنزیت را تشکیل می دهد. به دلیل سرعت سرد شدن سریع، کربن در محلول جامد به دام میافتد و باعث سخت شدن قطعه می شود. مارتنزیت ریزساختار سوزنی مانندی دارد که شبیه صفحات عدسی شکل یا صفحات جداکننده دانههای فاز اصلی است که همیشه در تماس هستند اما هرگز متقاطع نیستند.
- آستنیت: آستنیت پس از مارتنزیت دومین سازه فولادی سخت در محدوده داخلی است. به آلیاژ آهنی به نام آهن گاما اشاره دارد. معمولاً در دمای زیر ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد و بالای ۷۲۳ درجه سانتیگراد رخ می دهد.
- پرلیت: تفاوت پرلیت با مارتنزیت در این است که ساختار پرلیت از خنک شدن آهسته تشکیل می شود. این یک سیستم لایه ای از فریت و سمنتیت است. در دمای ۷۲۳ درجه سانتیگراد، آهن گاما از ساختار FCC خود به آهن آلفا تبدیل می شود و کاربید آهن (سمنتیت) را از محلول خارج می نماید.
روشهای سخت شدن فولاد چیست؟
روش های مختلفی برای سخت شدن فولاد وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره خواهیم نمود:
- حرارتی (مانند سخت شدن همدما)،
- مکانیکی
- شیمیایی
- ترکیبی از دو یا چند مورد از این موارد
فرآیند سخت شدن حرارتی رایج ترین روش سخت شدن فولاد است. معمولاً شامل سه مرحله اساسی است: گرم کردن فولاد، نگه داشتن آن در دمای معین و خنک کردن آن. اولین مرحله شامل حرارت دادن فلز تا دمای آنقدر بالا است که باعث تغییرات ساختاری داخلی شود.
چگونه سختی فولاد را آزمایش نماییم؟
اگرچه سخت شدن معمولی می تواند بر سختی فولاد تأثیر بگذارد، اما هنوز هم دانستن حداکثر عمق سخت شدن و روش های آزمایش سخت شدن مفید است. سختی واحد اندازه گیری خاصی ندارد. در عوض، با یک عدد شاخص توصیف می شود. تست های سختی مختلفی وجود دارد و متریکی که برای توصیف سختی یک ماده استفاده می شود به آزمون مورد استفاده بستگی دارد. برخی از تست های سختی رایج عبارتند از:
- تست سختی برینل: در این آزمایش، یک توپ فولادی با قطر مشخص به عنوان بار روی سطح ماده اعمال می شود.
- تست سختی ویکرز: در این تست، بار بر اساس یک هرم الماس مربع است. بار برای حدود ۳۰ ثانیه روی سطح ماده اعمال می شود. ردیابی هرم محاسبه می شود و سپس برای محاسبه سختی فلز استفاده می گردد.
- تست میکروسختی Knoop: این تست سختی برای ورق فلزی نازک یا مواد بسیار شکننده طراحی شده است. نوک هرم الماس یک فرورفتگی بسیار کوچک در ماده ایجاد مینماید. سپس شیارهای ساخته شده در زیر میکروسکوپ بررسی شده و برای محاسبه سختی مواد استفاده می گردد.
- تست سختی راکول: سختی راکول برای اندازه گیری تفاوت سختی فولاد قبل و بعد از عملیات حرارتی استفاده می شود. نفوذگر می تواند یک توپ فولادی یا یک نافذ مخروطی الماس باشد. سختی با عمق نفوذ مواد اندازه گیری می شود. معمولاً برای این کار از دو بار استفاده می گردد.
با توجه به مطالب بالا د مورد سختی فولاد در برش و جوش لیزری به این نتیجه رسیدیم که بیشتر فولادها بنابر استفاده آنها در قطعات مختلف نیاز به سختی دارند اما سخت شدن آنها علاوه بر مزایایی که اشاره کردیم دارای معایبی هم می باشد از جمله مهم ترین معایب آنها عدم جوش پذیری می باشد و این امر سبب بروز مشکلاته دیگری می گردد برای مثال پره های غلتک زیر بر اثر بی دقتی شکسته شده و نیاز به ترمیم دارد اما بر روی آن سخت کاری صورت گرفته است و اگر بخواهیم با استفاده از روش های سنتی مانند جوش Tig , Mig آنها را ترمیم نماییم غیرقابل انجام می باشد.
همانطور که در پروژه ترمیم غلتک مارپیچ (SPIRALS) فرش با استفاده از جوش لیزر ND:YAG گفته شد، با توجه به پیشرفت روز افزون علم، راه های جایگزینی برای جوشکاری فولادهای سخت شده پیدا شده است که در هنگام جوشکاری ، خواص و شکل ظاهری فولاد حفظ گردد و یکی از این راه ها استفاده از جوش لیزر می باشد. ما در اینجا با تغییر پارامترهایی از جمله توان و فرکانس جوش لیزر ND:Yag توانسته ایم به راحتی فولاد سخت شده را جوش دهیم و این امر سبب صرفه جویی در هزینه و وقت گردیده است زیرا ساخت دوباره پره ها نیازمند هزینه و زمان بالایی می باشد.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید ؟در گفتگو ها شرکت کنید!