جوشکاری (Welding) یکی از فرایندهای ساخت است که دو یا چند ماده به صورت دائم با یا بدون اعمال حرارت خارجی و فشار یا فلز پُرکننده به یکدیگر متصل می شوند. فرایندهای جوشکاری به جوشکاری ذوب (Fusion Welding) و جوشکاری حالت جامد (Solid State Welding) طبقه بندی می شوند. در فرایندهای جوشکاری ذوبی، میزان قابل توجهی حرارت از منبع خارجی به سطوح مجاور اتصال اعمال می شود تا آن ها ذوب شوند. این حرارت از طریق قوس الکتریکی، مقاومت الکتریکی، واکنش های گرمازا یا پرتو پُر انرژی لیزر، پلاسما یا الکترون ها تامین می شود. برعکس، در فرایندهای جوشکاری حالت جامد، حرارت از منبع خارجی اعمال نمی شود، در برخی موارد میزان کمی حرارت اعمال شده ولیکن قطعات ذوب نمی شوند. از این رو، اتصال دهی در حالت جامد بدون تغییرات فازی (از حالت جامد به مذاب) است. به جای اعمال حرارت، فشار خارجی اعمال می شود که فرایندهای جوشکاری حالت جامد بر اساس آن انجام می شود. دراین حالت، ادغام شدن یا مهره جوش (Weld Bead) در امتداد اتصال شکل می گیرد.

در جوشکاری ذوبی، بخشی از فلزات پایه اطراف اتصال ذوب شده و مجددا منجمد می شود. منطقه اطراف اتصال که ذوب و مجددا منجمد می شود به فلز جوش (Weld Metal) یا مهره جوش شناخته می شود. بنابراین، فلز جوش از جامد به مذاب و مجددا از مذاب به جامد تغییر می کند تا اتصال صورت بگیرد. اگر فلز پُرکننده استفاده شود، ذوب و رسوب گذاری فلز پُرکننده برای رسیدن به یک اتصال کامل نیز لازم است. بنابراین، فلز جوش همیشه بالای دمای ذوب مواد پایه حرارت داده می شود. بر این اساس، کل ماده فلز جوش تحت حرارت اضافی، ذوب، مخلوط شدن حالت مذاب و در نهایت انجماد است. خواص ریزساختاری و مکانیکی فلز جوش متفاوت از قطعات پایه است. معمولا هندسه فلز جوش با پارامترهای ابعادی شامل عمق نفوذ، عرض مهره جوش و ارتفاع گرده جوش (Weld Reinforcement) مشخص می شود. این پارامترها به عواملی مثل نوع فرایند جوشکاری، میزان حرارت اعمال شده، خواص ماده پایه و ... وابسته است. در فرایند جوشکاری ذوبی، منطقه جوش کاملا مشخص است، در حالی که در فرایندهای جوشکاری حالت جامد (در غیاب ذوب) منطقه جوش باریک است.

منطقه متاثر از حرارت (Heat Affected Zone) بخشی از فلز پایه است که حین جوشکاری ذوبی ذوب نمی شود، اما حرارت باعث افزایش دما (زیر دمای ذوب ماده پایه) قبل از سرد شدن تا دمای اتاق می شود. HAZ اطراف فلز جوش واقع شده است. HAZ شامل فلز پُرکننده نمی باشد. فلز پایه در HAZ تحت تاثیر حرارت و به تبع آن سرد شدن است. هیچ تغییر فازی جامد به مذاب اتفاق نمی افتد. به دلیل چرخه حرارت، خواص متالورژیکی و مکانیکی HAZ متفاوت از فلزات پایه است. به هر حال، ترکیب شیمیایی آن مشابه با فلز پایه است (بدون در نظر گرفتن تغییر ترکیب شیمیایی به دلیل مقدار کمی انتقال اتم ها در اثر نفوذ). هندسه HAZ معمولا با عرض آن مشخص می شود. عرض HAZ، با فرایندهای جوشکاری، انتخاب پارامترها، میزان حرارت اعمالی، خواص فلز پایه، تعداد پاس ها و ... تغییر می کند. عرض HAZ در جوشکاری ذوبی قابل توجه است، ولیکن در فرایندهای جوشکاری حالت جامد بسیار کم می باشد.

فلز جوش و HAZ بخشی از هر اتصال جوشکاری شده است، خصوصیات آن ها به شرایط و عوامل زیادی وابسته است. هر دو بخش تحت چرخه حرارتی و مستعد به تنش های پسماند نامطلوب و ترک خوردن هستند. خواص فلز جوش حین جوشکاری با انتخاب مناسب فلز پُرکننده با ترکیب شیمیایی مطلوب، ترکیب گاز محافظ و ... قابل اصلاح و بهبود است، در حالی که برای HAZ امکان پذیر نمی باشد. استحکام فلز جوش ثابت و درصدی از استحکام فلز پایه است. به هر حال، HAZ آسیب پذیر است و حین شرایط سرویس ممکن است دچار شکست شود. بنابراین، حین جوشکاری بیشترین مراقبت (مخصوصا جوشکاری قوسی) برای رسیدن به کمترین عرض HAZ و خواص قابل قبول لازم است. مشابهت ها و اختلافات زیادی بین فلز جوش و HAZ وجود دارد:

 

شباهت های بین فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت

-خواص فیزیکی، مکانیکی و متالورژیکی فلز جوش و HAZ به دلیل چرخه حرارتی است.

-هر دو بخشی از اتصال جوشکاری شده هستند. در جوشکاری ذوبی، هر دو کاملا مشخص هستند، ولیکن، در جوشکاری حالت جامد معمولا باریک می باشد.

-استحکام و کیفیت اتصال جوش به کیفیت مهره جوش و HAZ وابسته است.

 

تفاوت های بین فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت