[مصالح ساختمانی] فلزات
- شروع کننده موضوع nino
- تاریخ شروع
zahraa.m
عضو جدید
[مصالح ساختمانی] فلزات
اصطلاح فولاد (Steel) برای آلیاژهای آهن که تاحدود 1،5 درصد کربن دارند و غالبا با فلزهای دیگر همراهند، بکار می‌رود. خواص فولادبه درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهندهموجود در آن بستگی دارد.
از نظر محتوای کربن،فولاد به سه نوع تقسیم میشود:
فولاد نرم : این نوع فولاد کمتر از 2/0 درصد کربندارد و بیشتر در تهیه پیچ و مهره، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت و... بکار می‌رود.
فولاد متوسط : این فولاد بین 2/0تا 6/0 درصد کربن دارد و برای تهیه ریل و راهآهن و مصالح ساختمانی مانند تیرآهن مصرف میشود.
فولاد سخت : فولاد سخت بین 6/0تا 6/1 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه فنرهای فولادی، تیر، وسایلجراحی، مته و... بکار می‌رود.
بررسی تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد
کربن
کربن مهمترین و موثرترین عنصر آلیاژی در فولادها می باشد و بالاترین تاثیر را در ساختار آن دارد.هر فولاد آلیاژ شده علاوه بر کربن عناصر آلیاژی دیگری نظیر سیلیسیم – منگنز-فسفر و گوگرد را به همراه خواهد داشت بطوریکه این عناصر به شکلی ناخواسته به هنگام فرایند تولید در فولاد باقی خواهند ماند.اضافه کردن عناصر آلیاژی برای بدست آوردن نتایج مشخص و منحصر بفرد و افزایش کنترل شده منگنز و سیلیسیم در فولاد , فولاد آلیاژی را بوجود خواهد آورد. با افزایش میزان کربن استحکام . سختی پذیری فولاد فولاد بیشتر میشود اما چکش خواری و قابلیت جوشکاری و ماشینکاری (با استفاده از ماشینهای برش) کاهش
می یابد.این عنصر عملا هیچ تاثیری بر مقاومت خوردگی در آب, اسید و گازهای گرم ندارد.
کلسیم
در ترکیب با سیلیسیم به شکل سیلیسیم –کلسیم در رکسیژن زدایی فولادها به کار می رود.کلسیم, مقاومت در برابر پوسته شدن مواد هادی حرارت را افزایش می دهد.
سدیم
این عنصر یک اکسیژن زدای مسلم و نیرومند است و گوگرد زدایی را نیز سرعت و شتاب می دهد.به همین دلیل یک عنصر پالایشی در فولادها محسوب می گردد. وجود این عنصر در فولادهای پرآلیاژ باعث گستردگی دامنه فرآیند شکل گیری گرم می شود.همچنین مقاومت فولادهای نسوز را در برابر پوسته شدن بهبود می بخشد.آلیاژهای آهن-سدیم با مقادیر تقریبی 70% سدیم دارای خواص آتش دهندگی(مانند سنگ چخماق) هستند و در تولید چدنهایی با گرافیت کروی مورد استفاذه قرار می گیرد.
کبالت
کبالت هیچ کاربیدی را تشکیل نمی دهد. در دمای بالا از رشد دانه ها جلوگیری می کند.مقاومت در برابر تنشهای ناشی از بازپخت را افزایش می دهد و موجب بهبود استحکام مکانیکی فولاد در برابر دمای بالا می شود.لذا به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای ابزاری گرم کار,فولادهای مقاوم در برابر خزش و فولادهای دیرگداز به کار می رود.وجود کبالت شکل گیری گرافیت کروی را تسریع می کند.در کمیتها و مقادیر بالا, پایداری مغناطیسی,نیروی مغناطیس زدایی و هدایت حرارتی را افزایش می دهد.لذا به عنوان یک عنصر پایه در آلیاژها و فولادهای مغناطیسی دایم مرغوب به کار می رود. این عنصر تحت تاثیر تابش نوترونی, رادیوایزوتوپ 60 کبالت را شکل می دهد. به همین دلیل برای فولادهایی که در راکتورهای اتمی بکار برده میشوند مناسب نمی باشد.
کرم
وجود عنصر فوق باعث سختی پذیری فولاد در هوا و روغن می باشد. کرم با کاهش سرعت خنک سازی بحرانی, به وسیله شکل دادن ساختار مارتنزیتی, قابلیت سخت کاری را افزایش می دهد.بنابراین سبب بهبود حساسیتهای سخت کاری و بازپخت می شود.اما در هر صورت چقرمگی کاهش می یابد.و از انعطاف پذیری یا شکل پذیری فولاد به مقدار کمی کاسته می گردد با افزایش کرم در فولادهای ساده کرم دارجوش پذیری کاهش می یابد.با اضافه نمودن هر واحد 1% کرم به عنوان یک عنصر کاربید سازاستحکام کششی فولاد به میزان 100_80نیوتن بر میلیمتر مربع افزایش می یابد.کرم به عنوان یک عنصر کاربید ساز بکار برده می شود.کاربیدهای این عنصر کیفین نگهداری لبه ها و مقاومت سایشی را افزایش می دهد. کرم موجب مقاومت فولاد در دماهای بالا می شود و در برابر هیدروژن تحت فشارخواص مواد را افزایش می دهد.با افزایش کرم مقاومت در برابر پوسته شدن فولادها نیز بهبود می یابد.به طور تقریب حداقل 13% کرم مورد نیاز است تا مقاومت خوردگی فولادها نیز بهبود یابد.این مقدار کرم باید در قابل فلزی حل شود.این عنصر موجب محدودین دامنه فاز گاما می شود و باالعکس ئامنه فاز فریتی را افزایش می دهد.همچنین باعث پایداری آستنیت در فولادهای آستنیتی کرم-منگنزیا کرم-نیکل شده و سبب کاهش هدایت الکتریکی و حرارتی می شود و انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد.(آلیاژهایی برای آببندی شیشه)با افزایش همزمان میزان کربن و کرم تا میزان 3% پایداری مغناطیسی و شدت نیروهای پسماند زدا افزایش می یابد.
مس
مس بعنوان یک فلز آلیاژی به تعداد بسیار کمی از فولادها اضافه می شود.زیرا این فلز به زیرلایه های سطحی فولاد تمرکز یافته و در فرآیند شکل دهی گرم با نفوذبه مرز دانه ها ,حساسیت سطحی را در فولادها بوجود می آورد.لذا به عنوان یک فلز مخرب در فولادها محسوب می گردد.به واسطه حضور مس نقطه تسلیم و نسبت نقطه تسلیم به استحکام نهایی افزایش می یابد.این عنصر در مقادیر بالای 30%موجب سختی رسوبی میشود و بدین ترتیب سختی پذیری نیزبهبود می یابد.اما قابلیت جوشکاری به واسطه حضور مس تغییری نمی کند.در فولادهای آلیاژی ساده و پرآلیاژ مقاومت جوی به میزان کافی بهبود می یابد.مقادیر بالاتر از 1% مس موجب بهبود مقاومت در برابر واکنشهای اسید کلریدریک و اسید سولفوریک می شود.
هیدروژن
هیدروژن یک عنصر مخرب در فولاد تلقی می گردد. زیرا بدون آنکه نقطه تسلیم و استخکام کششی فولاد را افزایش دهد,موجب تردی و شکنندگی فولاد می گردد.انعطاف پذیری را کم کرده و باعث کاهش سطح مقطع می باشد. هیدروژن سبب پوسته شدن ناخواسته سطح فولاد میگردد و ایجاد خطوط رنگین ناشی از ترکیبات را شتاب می دهد.هیدروژن اتمی ایجاد شده ,در خلال فرایند اکسیژن زدایی در فولاد نفوذ کرده و حفره هایی را تشکیل می دهد(مک)که در فرآیند جوشکاری(پروزیتی) نام دارد.هیدروژن مرطوب در دمای بالا باعث کربن زدایی فولاد می باشد.
منیزیم
این عنصر موجب تشکیل گرافیت کروی در چدن می باشد.
منگنز
منگنز یک اکسیژن زداست.این عنصر با گوگرد ترکیب شده و تشکیل سولفید منگنز می دهد.بر همین اساس اثرات نامطلوب اکسید آهن را از بین می برد.وجود این عنصر در فولادهای خوش تراش بسیار مهم است.زیرا خط قرمز شکنندگی را کاهش می دهد.منگنز سرعت خنک شدن بخرانی را نیز به شدت کم می کند به همین دلیل سختی پذیری و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را افزایش می دهد.با اضافه نمودن منگنز تاثیرات مطلوبی در قابلیتهای آهنگری و جوشکاری فولاد بوجود می آید و بطور قابل ملاحظه ای عمق سختی فولادها را بیشتر می کند.اگر سطح این نوع فولادها در معرض تنشهای ضربه ای قرار گیرد به مقدار بسیار زیادی کارسخت حواهد شد در حالیکه مغز فولاد چقرمگی اولیه خود را حفظ میکند لذا این گروه از فولادها تحت تاثیر نیروهای ضربه ای(کارسختی) مقاومت سایشی مطلوبی از خود نشان می دهند.با افزایش منگنز ضریب انبساط حرارتی افزایش یافته در حالیکه هدایت الکتریکی کاهش می یابد. منگنز باعث افزایش خاصیت فنری می شود.
مولیبدن
این عنصر به طور معمول با عناصر دیگر آلیاژ می شود.در فولاد کرم-نیکل دار و فولاد منگنز دار سبب ریز دانه سازی می شود.و باعث بهبود قابلین جوشکاری می شود و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را بالا می برد. با ازدیاد درصد مولیبدن جوش پذیری کاهش می یابد.و سازنده مسلم فاز کاربید است و در فولادهای تند بر خواص برشکاری را بهبود می بخشد.مقاومت خوردگی را بالا می برد.
نیتروژن
این عنصر به دو صورت ظهور می کند
1-بصورت یک عنصر مخرب که به دلیل کاهش چقرمگی در خلال فرآیند ته نشینی رسوبی است که موجب ایجاد حساسیت در برابر پیری و شکنندگی آبی(تغییر شکا در درجه خرارت آبی300-350 درجه سانتیگراد) می شود و امکان ایجاد تنش در ترکهای درون بلوری فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژ را فراهم می سازد.
2-بصورت عنصری آلیاژی دامنه فاز گاما را افزایش می دهد و ساختار آستنیتی را استحکام می بخشد در فولادهای آستنیتی استحکام را افزایش می دهد و باعث افزایش نقطه تسلیم و خواص مکانیکی در گرما می شود.
آلومینیوم
یکی از قویترین اکسیژن زداها و نیتروژن زداهاست.و بر اساس نتیج بدست آمده تاثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنشهای ناشی از پیری دارد.در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور سخت می دهد که باعث افزایش مقاومت در برابر پوسته ای شدن می شود به همین دلیل به عنوان عنصری آلیاژس برای مقاومت حرارتی فولادها بکار می رود.
ارسنیک
دامنه فاز گاما را محدود میکند لذا عنصری مخرب شناخته می شود زیرا مانند فسفر میل شدیدی به جداسازی ریزدانه های عناصر مختلف دارد. شکنندگی ناشی از بازپخت را افزایش داده و باعث کاهش شدید چقرمگی و قابلیت جوشکاری میگردد.
اصطلاح فولاد (Steel) برای آلیاژهای آهن که تاحدود 1،5 درصد کربن دارند و غالبا با فلزهای دیگر همراهند، بکار می‌رود. خواص فولادبه درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهندهموجود در آن بستگی دارد.
از نظر محتوای کربن،فولاد به سه نوع تقسیم میشود:
فولاد نرم : این نوع فولاد کمتر از 2/0 درصد کربندارد و بیشتر در تهیه پیچ و مهره، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت و... بکار می‌رود.
فولاد متوسط : این فولاد بین 2/0تا 6/0 درصد کربن دارد و برای تهیه ریل و راهآهن و مصالح ساختمانی مانند تیرآهن مصرف میشود.
فولاد سخت : فولاد سخت بین 6/0تا 6/1 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه فنرهای فولادی، تیر، وسایلجراحی، مته و... بکار می‌رود.
بررسی تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد
کربن
کربن مهمترین و موثرترین عنصر آلیاژی در فولادها می باشد و بالاترین تاثیر را در ساختار آن دارد.هر فولاد آلیاژ شده علاوه بر کربن عناصر آلیاژی دیگری نظیر سیلیسیم – منگنز-فسفر و گوگرد را به همراه خواهد داشت بطوریکه این عناصر به شکلی ناخواسته به هنگام فرایند تولید در فولاد باقی خواهند ماند.اضافه کردن عناصر آلیاژی برای بدست آوردن نتایج مشخص و منحصر بفرد و افزایش کنترل شده منگنز و سیلیسیم در فولاد , فولاد آلیاژی را بوجود خواهد آورد. با افزایش میزان کربن استحکام . سختی پذیری فولاد فولاد بیشتر میشود اما چکش خواری و قابلیت جوشکاری و ماشینکاری (با استفاده از ماشینهای برش) کاهش
می یابد.این عنصر عملا هیچ تاثیری بر مقاومت خوردگی در آب, اسید و گازهای گرم ندارد.
کلسیم
در ترکیب با سیلیسیم به شکل سیلیسیم –کلسیم در رکسیژن زدایی فولادها به کار می رود.کلسیم, مقاومت در برابر پوسته شدن مواد هادی حرارت را افزایش می دهد.
سدیم
این عنصر یک اکسیژن زدای مسلم و نیرومند است و گوگرد زدایی را نیز سرعت و شتاب می دهد.به همین دلیل یک عنصر پالایشی در فولادها محسوب می گردد. وجود این عنصر در فولادهای پرآلیاژ باعث گستردگی دامنه فرآیند شکل گیری گرم می شود.همچنین مقاومت فولادهای نسوز را در برابر پوسته شدن بهبود می بخشد.آلیاژهای آهن-سدیم با مقادیر تقریبی 70% سدیم دارای خواص آتش دهندگی(مانند سنگ چخماق) هستند و در تولید چدنهایی با گرافیت کروی مورد استفاذه قرار می گیرد.
کبالت
کبالت هیچ کاربیدی را تشکیل نمی دهد. در دمای بالا از رشد دانه ها جلوگیری می کند.مقاومت در برابر تنشهای ناشی از بازپخت را افزایش می دهد و موجب بهبود استحکام مکانیکی فولاد در برابر دمای بالا می شود.لذا به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای ابزاری گرم کار,فولادهای مقاوم در برابر خزش و فولادهای دیرگداز به کار می رود.وجود کبالت شکل گیری گرافیت کروی را تسریع می کند.در کمیتها و مقادیر بالا, پایداری مغناطیسی,نیروی مغناطیس زدایی و هدایت حرارتی را افزایش می دهد.لذا به عنوان یک عنصر پایه در آلیاژها و فولادهای مغناطیسی دایم مرغوب به کار می رود. این عنصر تحت تاثیر تابش نوترونی, رادیوایزوتوپ 60 کبالت را شکل می دهد. به همین دلیل برای فولادهایی که در راکتورهای اتمی بکار برده میشوند مناسب نمی باشد.
کرم
وجود عنصر فوق باعث سختی پذیری فولاد در هوا و روغن می باشد. کرم با کاهش سرعت خنک سازی بحرانی, به وسیله شکل دادن ساختار مارتنزیتی, قابلیت سخت کاری را افزایش می دهد.بنابراین سبب بهبود حساسیتهای سخت کاری و بازپخت می شود.اما در هر صورت چقرمگی کاهش می یابد.و از انعطاف پذیری یا شکل پذیری فولاد به مقدار کمی کاسته می گردد با افزایش کرم در فولادهای ساده کرم دارجوش پذیری کاهش می یابد.با اضافه نمودن هر واحد 1% کرم به عنوان یک عنصر کاربید سازاستحکام کششی فولاد به میزان 100_80نیوتن بر میلیمتر مربع افزایش می یابد.کرم به عنوان یک عنصر کاربید ساز بکار برده می شود.کاربیدهای این عنصر کیفین نگهداری لبه ها و مقاومت سایشی را افزایش می دهد. کرم موجب مقاومت فولاد در دماهای بالا می شود و در برابر هیدروژن تحت فشارخواص مواد را افزایش می دهد.با افزایش کرم مقاومت در برابر پوسته شدن فولادها نیز بهبود می یابد.به طور تقریب حداقل 13% کرم مورد نیاز است تا مقاومت خوردگی فولادها نیز بهبود یابد.این مقدار کرم باید در قابل فلزی حل شود.این عنصر موجب محدودین دامنه فاز گاما می شود و باالعکس ئامنه فاز فریتی را افزایش می دهد.همچنین باعث پایداری آستنیت در فولادهای آستنیتی کرم-منگنزیا کرم-نیکل شده و سبب کاهش هدایت الکتریکی و حرارتی می شود و انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد.(آلیاژهایی برای آببندی شیشه)با افزایش همزمان میزان کربن و کرم تا میزان 3% پایداری مغناطیسی و شدت نیروهای پسماند زدا افزایش می یابد.
مس
مس بعنوان یک فلز آلیاژی به تعداد بسیار کمی از فولادها اضافه می شود.زیرا این فلز به زیرلایه های سطحی فولاد تمرکز یافته و در فرآیند شکل دهی گرم با نفوذبه مرز دانه ها ,حساسیت سطحی را در فولادها بوجود می آورد.لذا به عنوان یک فلز مخرب در فولادها محسوب می گردد.به واسطه حضور مس نقطه تسلیم و نسبت نقطه تسلیم به استحکام نهایی افزایش می یابد.این عنصر در مقادیر بالای 30%موجب سختی رسوبی میشود و بدین ترتیب سختی پذیری نیزبهبود می یابد.اما قابلیت جوشکاری به واسطه حضور مس تغییری نمی کند.در فولادهای آلیاژی ساده و پرآلیاژ مقاومت جوی به میزان کافی بهبود می یابد.مقادیر بالاتر از 1% مس موجب بهبود مقاومت در برابر واکنشهای اسید کلریدریک و اسید سولفوریک می شود.
هیدروژن
هیدروژن یک عنصر مخرب در فولاد تلقی می گردد. زیرا بدون آنکه نقطه تسلیم و استخکام کششی فولاد را افزایش دهد,موجب تردی و شکنندگی فولاد می گردد.انعطاف پذیری را کم کرده و باعث کاهش سطح مقطع می باشد. هیدروژن سبب پوسته شدن ناخواسته سطح فولاد میگردد و ایجاد خطوط رنگین ناشی از ترکیبات را شتاب می دهد.هیدروژن اتمی ایجاد شده ,در خلال فرایند اکسیژن زدایی در فولاد نفوذ کرده و حفره هایی را تشکیل می دهد(مک)که در فرآیند جوشکاری(پروزیتی) نام دارد.هیدروژن مرطوب در دمای بالا باعث کربن زدایی فولاد می باشد.
منیزیم
این عنصر موجب تشکیل گرافیت کروی در چدن می باشد.
منگنز
منگنز یک اکسیژن زداست.این عنصر با گوگرد ترکیب شده و تشکیل سولفید منگنز می دهد.بر همین اساس اثرات نامطلوب اکسید آهن را از بین می برد.وجود این عنصر در فولادهای خوش تراش بسیار مهم است.زیرا خط قرمز شکنندگی را کاهش می دهد.منگنز سرعت خنک شدن بخرانی را نیز به شدت کم می کند به همین دلیل سختی پذیری و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را افزایش می دهد.با اضافه نمودن منگنز تاثیرات مطلوبی در قابلیتهای آهنگری و جوشکاری فولاد بوجود می آید و بطور قابل ملاحظه ای عمق سختی فولادها را بیشتر می کند.اگر سطح این نوع فولادها در معرض تنشهای ضربه ای قرار گیرد به مقدار بسیار زیادی کارسخت حواهد شد در حالیکه مغز فولاد چقرمگی اولیه خود را حفظ میکند لذا این گروه از فولادها تحت تاثیر نیروهای ضربه ای(کارسختی) مقاومت سایشی مطلوبی از خود نشان می دهند.با افزایش منگنز ضریب انبساط حرارتی افزایش یافته در حالیکه هدایت الکتریکی کاهش می یابد. منگنز باعث افزایش خاصیت فنری می شود.
مولیبدن
این عنصر به طور معمول با عناصر دیگر آلیاژ می شود.در فولاد کرم-نیکل دار و فولاد منگنز دار سبب ریز دانه سازی می شود.و باعث بهبود قابلین جوشکاری می شود و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را بالا می برد. با ازدیاد درصد مولیبدن جوش پذیری کاهش می یابد.و سازنده مسلم فاز کاربید است و در فولادهای تند بر خواص برشکاری را بهبود می بخشد.مقاومت خوردگی را بالا می برد.
نیتروژن
این عنصر به دو صورت ظهور می کند
1-بصورت یک عنصر مخرب که به دلیل کاهش چقرمگی در خلال فرآیند ته نشینی رسوبی است که موجب ایجاد حساسیت در برابر پیری و شکنندگی آبی(تغییر شکا در درجه خرارت آبی300-350 درجه سانتیگراد) می شود و امکان ایجاد تنش در ترکهای درون بلوری فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژ را فراهم می سازد.
2-بصورت عنصری آلیاژی دامنه فاز گاما را افزایش می دهد و ساختار آستنیتی را استحکام می بخشد در فولادهای آستنیتی استحکام را افزایش می دهد و باعث افزایش نقطه تسلیم و خواص مکانیکی در گرما می شود.
آلومینیوم
یکی از قویترین اکسیژن زداها و نیتروژن زداهاست.و بر اساس نتیج بدست آمده تاثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنشهای ناشی از پیری دارد.در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور سخت می دهد که باعث افزایش مقاومت در برابر پوسته ای شدن می شود به همین دلیل به عنوان عنصری آلیاژس برای مقاومت حرارتی فولادها بکار می رود.
ارسنیک
دامنه فاز گاما را محدود میکند لذا عنصری مخرب شناخته می شود زیرا مانند فسفر میل شدیدی به جداسازی ریزدانه های عناصر مختلف دارد. شکنندگی ناشی از بازپخت را افزایش داده و باعث کاهش شدید چقرمگی و قابلیت جوشکاری میگردد.
zahraa.m
عضو جدید
روش هاي توليد فولاد:
با توجه به تنوع موارد استفاده فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف فولاد با پیشرفت تکنولوژی، تولید فولاد و نیز همگام با پیشرفت تکنولوژی تغییرات بسیاری داشته است، که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهره‌وری و استفاده از انرژی و سوخت‌های ارزان‌تر با توجه به محیط جغرافیایی خود کرده‌اند.
روشهای تولید فولاد خام
امروزه فن‌آوری‌های مورد استفاده در تولید محصولات فولادی در مراحل بعد از به دست آوردن فولاد مذاب یعنی ریخته‌گری و نورد، کم و بیش یکسان است. اما برای به دست آوردن فولاد مذاب یا خام، از فن‌آوری‌های مختلفی میتوان استفاده کرد.
به طور کلی فولاد خام از دو روش زیر تولید میگردد:
1 - تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند (BF) و تولید فولاد در کانورترهای اکسیژنی، نظیر ذوب‌آهن اصفهان.
2 - احیای مستقیم سنگ‌آهن (DR) و ذوب آهن‌اسفنجی (DRI) و قراضه (Scrap) در کوره‌های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی (EAF) نظیر فولاد خوزستان یا القایی (IMF)، نظیر مجتمع فولاد جنوب.
در روش اول، که شیوه سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده گردیده، سنگ‌آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب (Pig Iron) به دست می‌آید. در مرحله بعد آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل گردیده، کربن و ناخالصی‌های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام (Crude Steel) تولید میگردد.
محصول کوره ذوب آهن، چدن است که معمولاًدارای ناخالصی کربن و مقادیر جزیی ناخالصی‌های دیگر است که به نوع سنگ معدن وناخالصی‌های همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. ازآنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو، باید به روش مناسبچدن را به فولاد تبدیل کرد که در این عمل ناخالصی‌های کربن و دیگر ناخالصیها بهمقدار ممکن کاهش یابند.
روشهای تهیه فولاد روش بسمه:
در این روشناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده و آن را بهفولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایشآن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخلچدن مذاب هدایت می‌کنند، تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به صورت گازهای SO2 و CO2 ازمحیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژنموجود در هوا به صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10) و (SiO2 جذب جدارهای داخلی کورهشوند و بهترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به صورت سرباره خارجشوند. سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برایحذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواهرا نمی‌توان به این روش بدست آورد.
روش کوره باز (یا روش مارتن) : در اینروش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسیدآهن به جای اکسیژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانندکربن، گوگرد و غیره) استفاده میشود. برای این منظور از کوره باز استفاده میشود کهپوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تنچدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتیتأمین میشود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده میشود. زمان عملکرد این کوره طولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر میتوان با دقت بیشتریعمل حذف ناخالصیها را کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری به دست آورد.
روشالکتریکی : از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی و صنعتی بسیاردقیق لازم است، استفاده میشود که در کوره الکتریکی با الکترودهای گرافیت صورتمی‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به ماده سوختنی و اکسیژن ندارد ودما را میتوان نسبت به دو روش قبلی، بالاتر برد. این روش برای تصفیه مجدد فولادیکه از روش بسمه و یا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصولمرغوبتر، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده‌ای از زنگ آهن را به فولاد بهدست آمده از روشهای دیگر، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در اینروش، برای جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برایجذب اکسیژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن وسیلیسیم) اضافه می‌کنند.
انواع فولاد و کاربرد آنهاناخالصی‌های آهن و تولید فولادآهنی که از کوره بلند خارج میشود، چدن نامیده میشود که دارای مقادیریکربن،گوگرد،فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدفدنبالمی‌شود:
منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژنبه اکسید تبدیل میشوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارجمی‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره میشود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسیدکربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO2) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یککمک ذوب اسیدی که معمولاً دی‌اکسید سیلسیم (SiO2) است، بکار می‌برند:
وچنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی کهمعمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:
(MgO + SiO2 -------> MgSiO2
6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2
کوره تولیدفولاد و جدا کردن ناخالصی‌هامعمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولیدفولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب میکند. برای جداکردن ناخالصیها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقابمانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای میگیرد.
بالای این ظرف، یکسقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس میکند. جریان شدیدی ازاکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در اینروش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عملتصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید میشود که آن را جمع‌آوریکرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.
روش دیگر جدا کردن ناخالصیها از آهندر روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصیها از آهن استفادهمی‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش 300 تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت برسطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌ای ازفلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.
اکسایش ناخالصیها بسیار سریعصورت میگیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO2 رها میشوند، توده مذاب را به هممی‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو می‌آید. دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجیاستفاده شود، تقریبا به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی، واکنشها فوق‌العادهسریع بوده، تمامی این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل میشود ومعمولاً محصولییکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.
تبدیل آهن به فولادآهن مذاب تصفیهشده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم،کروم،تیتانیم،منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن،تنگستنیافلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفادهقرارمی‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کربید آهن (Fe3C) بهنام «سمانتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:
هرگاهفولادی که دارای سمانتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن،جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا میشود و به فلز، رنگ خاکستری میدهد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتا به شکل سمانتیت که رنگ روشنی دارد،باقی می‌ماند. تجزیه سمانتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجامنمی‌گیرد.
فولادی که دارای سمانتیت است، از فولادی که دارای گرافیت است، سخت‌ترو خیلی شکننده‌تر است. در هر یک از این دو نوع فولاد، مقدار کربن را میتوان درمحدوده نسبتاً وسیعی تنظیم کرد. همچنین، میتوان مقدار کل کربن را در قسمتهای مختلفیک قطعه فولاد تغییر داد و خواص آن را بهتر کرد. مثلاً بلبرینگ از فولاد متوسطساخته شده است تا سختی و استحکام داشته باشد و لیکن سطح آن را در بستری از کربنحرارت می‌دهند تا لایه نازکی از سمانتیت روی آن تشکیل گردد و بر سختی آن افزودهشود/. 1- سوزاندن ناخالصی‌های چدن 2- افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهندهبه آهن MnO + SiO2 -------> MnSiO3 Fe3C <-------گرما + 3Fe + C
روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره‌های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد میباشد. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سال‌های گذشته، در این روش میتوان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده نمود.
آهن اسفنجی
آهن اسفنجی محصول عملیات احیای مستقیم سنگ‌آهن است که دارای عیار بالای آهن بوده، جایگزین مناسبی برای قراضه جهت ذوب است. تولید آهن اسفنجی از سنگ‌آهن، عموما به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغال‌سنگ (CoalBased)، برای احیای آهن صورت می‌پذیرد. معمولا در کشورهایی که دارای ذخایر گاز هستند، از روش گازی استفاده میگردد. در ایران نیز به طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیا کننده استفاده می‌کنند. شناخته‌شده‌ترین روشهای احیای مستقیم گازی روشهای میدرکس و HYL هستند.
3/66درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و 2/31درصد آن نیز به روش احیای مستقیم و استفاده از کوره‌های الکتریکی تولید میگردد. با وجود آنکه بیشتر تولید فولاد خام در جهان به وسیله روش کوره بلند تولید میشود، اما موارد ذیل استفاده از روش احیای مستقیم و کوره‌های الکتریکی را، مخصوصا در ایران، توجیه‌پذیرتر می‌کنند:
- با توجه به استفاده از قراضه آهن، این روش سریع‌تر است.
-هزینه راه‌اندازی یک واحد کوره بلند نسبت به یک واحد احیای مستقیم و کوره الکتریکی در ظرفیت‌های متناظر، بالاتر است.
- کک متالورژیکی که یکی از مواد اولیه مورد نیاز کوره‌های بلند است، از زغال‌سنگ کک شو به دست می‌آید که منابع آن در ایران محدود است. همچنین این ماده عمدتا وارداتی و گران‌قیمت است. برای تولید هر تن آهن خام به روش کوره بلند، طبق استانداردهای جهانی به حداقل 5/1 تن سنگ آهن و 450 کیلوگرم کک متالورژیکی نیاز بوده که گاهی این مقدار تا 3 تن سنگ آهن و 1000 کیلوگرم کک هم افزایش می‌یابد. در نتیجه با توجه به آنکه میتوان از گاز به عنوان ماده احیاکننده در روش احیای مستقیم استفاده نمود و با وجود منابع عظیم گاز در ایران، عملا روش کوره بلند مزیت خود را از دست میدهد.
با توجه به تنوع موارد استفاده فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف فولاد با پیشرفت تکنولوژی، تولید فولاد و نیز همگام با پیشرفت تکنولوژی تغییرات بسیاری داشته است، که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهره‌وری و استفاده از انرژی و سوخت‌های ارزان‌تر با توجه به محیط جغرافیایی خود کرده‌اند.
روشهای تولید فولاد خام
امروزه فن‌آوری‌های مورد استفاده در تولید محصولات فولادی در مراحل بعد از به دست آوردن فولاد مذاب یعنی ریخته‌گری و نورد، کم و بیش یکسان است. اما برای به دست آوردن فولاد مذاب یا خام، از فن‌آوری‌های مختلفی میتوان استفاده کرد.
به طور کلی فولاد خام از دو روش زیر تولید میگردد:
1 - تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند (BF) و تولید فولاد در کانورترهای اکسیژنی، نظیر ذوب‌آهن اصفهان.
2 - احیای مستقیم سنگ‌آهن (DR) و ذوب آهن‌اسفنجی (DRI) و قراضه (Scrap) در کوره‌های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی (EAF) نظیر فولاد خوزستان یا القایی (IMF)، نظیر مجتمع فولاد جنوب.
در روش اول، که شیوه سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده گردیده، سنگ‌آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب (Pig Iron) به دست می‌آید. در مرحله بعد آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل گردیده، کربن و ناخالصی‌های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام (Crude Steel) تولید میگردد.
محصول کوره ذوب آهن، چدن است که معمولاًدارای ناخالصی کربن و مقادیر جزیی ناخالصی‌های دیگر است که به نوع سنگ معدن وناخالصی‌های همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. ازآنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو، باید به روش مناسبچدن را به فولاد تبدیل کرد که در این عمل ناخالصی‌های کربن و دیگر ناخالصیها بهمقدار ممکن کاهش یابند.
روشهای تهیه فولاد روش بسمه:
در این روشناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده و آن را بهفولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایشآن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخلچدن مذاب هدایت می‌کنند، تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به صورت گازهای SO2 و CO2 ازمحیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژنموجود در هوا به صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10) و (SiO2 جذب جدارهای داخلی کورهشوند و بهترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به صورت سرباره خارجشوند. سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برایحذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواهرا نمی‌توان به این روش بدست آورد.
روش کوره باز (یا روش مارتن) : در اینروش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسیدآهن به جای اکسیژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانندکربن، گوگرد و غیره) استفاده میشود. برای این منظور از کوره باز استفاده میشود کهپوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تنچدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتیتأمین میشود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده میشود. زمان عملکرد این کوره طولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر میتوان با دقت بیشتریعمل حذف ناخالصیها را کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری به دست آورد.
روشالکتریکی : از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی و صنعتی بسیاردقیق لازم است، استفاده میشود که در کوره الکتریکی با الکترودهای گرافیت صورتمی‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به ماده سوختنی و اکسیژن ندارد ودما را میتوان نسبت به دو روش قبلی، بالاتر برد. این روش برای تصفیه مجدد فولادیکه از روش بسمه و یا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصولمرغوبتر، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده‌ای از زنگ آهن را به فولاد بهدست آمده از روشهای دیگر، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در اینروش، برای جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برایجذب اکسیژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن وسیلیسیم) اضافه می‌کنند.
انواع فولاد و کاربرد آنهاناخالصی‌های آهن و تولید فولادآهنی که از کوره بلند خارج میشود، چدن نامیده میشود که دارای مقادیریکربن،گوگرد،فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدفدنبالمی‌شود:
منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژنبه اکسید تبدیل میشوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارجمی‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره میشود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسیدکربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO2) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یککمک ذوب اسیدی که معمولاً دی‌اکسید سیلسیم (SiO2) است، بکار می‌برند:
وچنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی کهمعمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:
(MgO + SiO2 -------> MgSiO2
6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2
کوره تولیدفولاد و جدا کردن ناخالصی‌هامعمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولیدفولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب میکند. برای جداکردن ناخالصیها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقابمانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای میگیرد.
بالای این ظرف، یکسقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس میکند. جریان شدیدی ازاکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در اینروش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عملتصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید میشود که آن را جمع‌آوریکرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.
روش دیگر جدا کردن ناخالصیها از آهندر روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصیها از آهن استفادهمی‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش 300 تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت برسطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌ای ازفلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.
اکسایش ناخالصیها بسیار سریعصورت میگیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO2 رها میشوند، توده مذاب را به هممی‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو می‌آید. دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجیاستفاده شود، تقریبا به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی، واکنشها فوق‌العادهسریع بوده، تمامی این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل میشود ومعمولاً محصولییکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.
تبدیل آهن به فولادآهن مذاب تصفیهشده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم،کروم،تیتانیم،منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن،تنگستنیافلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفادهقرارمی‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کربید آهن (Fe3C) بهنام «سمانتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:
هرگاهفولادی که دارای سمانتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن،جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا میشود و به فلز، رنگ خاکستری میدهد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتا به شکل سمانتیت که رنگ روشنی دارد،باقی می‌ماند. تجزیه سمانتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجامنمی‌گیرد.
فولادی که دارای سمانتیت است، از فولادی که دارای گرافیت است، سخت‌ترو خیلی شکننده‌تر است. در هر یک از این دو نوع فولاد، مقدار کربن را میتوان درمحدوده نسبتاً وسیعی تنظیم کرد. همچنین، میتوان مقدار کل کربن را در قسمتهای مختلفیک قطعه فولاد تغییر داد و خواص آن را بهتر کرد. مثلاً بلبرینگ از فولاد متوسطساخته شده است تا سختی و استحکام داشته باشد و لیکن سطح آن را در بستری از کربنحرارت می‌دهند تا لایه نازکی از سمانتیت روی آن تشکیل گردد و بر سختی آن افزودهشود/. 1- سوزاندن ناخالصی‌های چدن 2- افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهندهبه آهن MnO + SiO2 -------> MnSiO3 Fe3C <-------گرما + 3Fe + C
روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره‌های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد میباشد. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سال‌های گذشته، در این روش میتوان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده نمود.
آهن اسفنجی
آهن اسفنجی محصول عملیات احیای مستقیم سنگ‌آهن است که دارای عیار بالای آهن بوده، جایگزین مناسبی برای قراضه جهت ذوب است. تولید آهن اسفنجی از سنگ‌آهن، عموما به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغال‌سنگ (CoalBased)، برای احیای آهن صورت می‌پذیرد. معمولا در کشورهایی که دارای ذخایر گاز هستند، از روش گازی استفاده میگردد. در ایران نیز به طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیا کننده استفاده می‌کنند. شناخته‌شده‌ترین روشهای احیای مستقیم گازی روشهای میدرکس و HYL هستند.
3/66درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و 2/31درصد آن نیز به روش احیای مستقیم و استفاده از کوره‌های الکتریکی تولید میگردد. با وجود آنکه بیشتر تولید فولاد خام در جهان به وسیله روش کوره بلند تولید میشود، اما موارد ذیل استفاده از روش احیای مستقیم و کوره‌های الکتریکی را، مخصوصا در ایران، توجیه‌پذیرتر می‌کنند:
- با توجه به استفاده از قراضه آهن، این روش سریع‌تر است.
-هزینه راه‌اندازی یک واحد کوره بلند نسبت به یک واحد احیای مستقیم و کوره الکتریکی در ظرفیت‌های متناظر، بالاتر است.
- کک متالورژیکی که یکی از مواد اولیه مورد نیاز کوره‌های بلند است، از زغال‌سنگ کک شو به دست می‌آید که منابع آن در ایران محدود است. همچنین این ماده عمدتا وارداتی و گران‌قیمت است. برای تولید هر تن آهن خام به روش کوره بلند، طبق استانداردهای جهانی به حداقل 5/1 تن سنگ آهن و 450 کیلوگرم کک متالورژیکی نیاز بوده که گاهی این مقدار تا 3 تن سنگ آهن و 1000 کیلوگرم کک هم افزایش می‌یابد. در نتیجه با توجه به آنکه میتوان از گاز به عنوان ماده احیاکننده در روش احیای مستقیم استفاده نمود و با وجود منابع عظیم گاز در ایران، عملا روش کوره بلند مزیت خود را از دست میدهد.
zahraa.m
عضو جدید
مزایا ی ساختمان فلزی :
1- مقاومت زیاد : مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده ونسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سولهها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیتفراوان میباشد .
2- خواص یکنواخت : فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیقتهیه میشود ، یکنواخت بودن خواص آن میتوان اطمینان کرد و خواص ان بر خلاف بتن باعوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخابضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود .
3- دوام : دوام فولاد بسیار خوب است ، ساختمانهای فلزی که در نگهداری آنها دقتگردد . برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود .
4- خواص ارتجاعی : خواص مفروض ارتجاعی فولاد با تقریبی بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد تا تنشهایبزرگی از قانون هوک بخوبی پیروی مینماید . مثلآ ممان اینرسی یک مقطع فولادی رامیتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود . حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطهچندان معین و قابل اطمینان نمی باشد .
5- شکل پذیری : از خاصیت مثبت مصالحفلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی استونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده درمقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ،عضو خودخبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات ان جلوگیری میکند.
6- پیوستگی مصالح : قطعات فلزی با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن می باشد و ولی در قطعات بتنیصدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سلاح میلگرد وارد میگردد ، ترکهائی که درپوشش بتن پدید می آید ، قابل کنترل نبوده و احتمالا" ساختمان در پس لرزه یا زلزلهبعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب شود .
7- مقاومت متعادل مصالح،مقاومت : مصالحفلزی در کشش و فشار یکسان ودر برش نیز خوب و نزدیک به کشش وفشار است .در تغییر وضعبارها، نیروی وارده فشاری ، کششی قابل تعویض بوده و همچنین مقاطعی که در بار گذاریعادی تنش برشی در انها کوچک است ، در بارهای پیش بینی شده ،تحت اثر پیچش و در نتیجهبرش ناشی از ان قرار میگیرند . در ساختمانهای بتنی مسلح مقاومت بتن در فشار خوب ،ولی در کشش و یا برش کم است. پس در صورتی که مناطقی احتمالآتحت نیروی کششی قرارگرفته و مسلح نشده باشد تولید ترک و خرابی مینماید.
8- انفجار : در ساختمانهایبارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده ، از قطعات پرکننده مانند تیغه ها ودیواره ها استفاده نمی شود . نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کندو انرژی مخرب آشکار میشود ، ولی ساختمان کلا" ویران نخواهد گردید . در ساختمانهاییبتن مسلح خرابی دیوارها باعث ویرانی ساختمان خواهد شد .
9- تقویت پذیری وامکان مقاوم سازی : اعضاء ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه ، تغییرمقررات و ضوابط ، اجراء و .... میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید ،تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه هائی اضافه کرد .
10- شرائط آسان ساخت و نصب : تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت ، شرایط جوی متفاوت با تهمیداتلازم قابل اجراء است .
11- سرعت نصب : سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجراءقطعات بتنی مدت زمان کمتری می طلبد .
12- پرت مصالح : با توجه به تهیه قطعاتاز کارخانجات ، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است .
13- وزن کم : میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع ویا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخکین زد ، درحالی که در ساختمانهای بتنمسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم برمترمربع یا 160 تا 250کیلوگرم برمترمکعب می باشد .
14- اشغال فضا : در دو ساختمان مساوی از نظرارتفاع و ابعاد ، ستون و تیرهای ساختمانهای فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهایبتنی میباشد ، سطح اشغال یا فضا مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود .
15- ضریب نیروی لرزه ای : حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی دراجزاء ساختمان میشود ، بعبارت دیگر ساختمان برروی زمینی که بصورت تصادفی و غیر همگندر حال ارتعاش است ، بایستی ایستایی داشته و ارتعاش زمین را تحمل کند . در قابهایبتن مسلح که وزن بیشتر دارد ، ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قابهای فلزی است .
تجربه نشان میدهد که خسارت وارده برساختمانهای کوتاه و صلب که در زمینهای محکمساخته شده اند ، زیاد است . درحالیکه در ساختمانهای بلند و انعطاف پذیر ، آنهائی کهدر زمینهائی نرم ساخته شده اند ، صدمات بیشتری از زلزله دیده اند . بعبارت دیگر درزمینهای نرم که پریود ارتعاش زمین نسبتا" بزرگ است ، ساختمان های کوتاه نتایج بهتریداده اند و برعکس در زمینهای سفت با پریود کوچک ، ساختمان بلند احتمال خرابی کمتردارند . عکس العمل ساختمانها در مقابل حرکت زلزله بستگی به مشخصات خود ساختمان ازنظر صلبیت و یا انعطاف پذیری آن دارد و مهمترین مشخصه ساختمان در رفتار آن در مقابلزلزله ، پریود طبیعی ارتعاش ساختمان است .
معایب ساختمانهای فلزی :
1- ضعف در دمای زیاد : مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد . اگر دکایاسکلت فلزی از 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد ، تعادل ساختمان به خطر میافتد .
2- خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی : قطعات مصرفی در ساختمانفلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته میشود و مخارج نگهداری ومحافظت زیاد است .
3- تمایل قطعات فشاری به کمانش : با توجه به اینکه قطعاتفلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا" کوچک است ، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطهضعف بحساب می رسد .
4- جوش نامناسب : در ساختمانهای فلری اتصال قطعات بههمدیگر با جوش ، پرچ ، پیچ صورت میگیرد . استفاده از پیچ و مهره وتهیه ، ساخت قطعاتدر کارخانجات اقتصادی ترین ، فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهایمتداول چنین امکاناتی مهیا نیست . اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفادهاز ماشین آلات قدیمی ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایشجوش و ...... برزگترین ضعف میباشد . تجربه ثابت کرده است که سوله های ساخته شده درکارخانجات درصورت رعایت مشخصات فنی و استاندارد ، این عیب را نداشته و دارای مقاومتسازه ایی بهتر در برابر بارهای وارده و نیروی زلزله است .
اتصال پرچی:
پرچ از قدیمی ترین وسایلی است که از آن برای اتصال اعضای سازه های فلزی استفاده می شود. یک پرچ نکوبیده از یک تنه ی استوانه ای کوچک که سر آن دارای کلاهک می باشد تشکیل شده است.پرچها معمولاً از فولاد معمولی ساخته می شوند.
شیوه ی استفاده از پرچ:
ابتدا پرچ را تا دمای سرخ شدن گرم می کنند، سپس آن را به وسیله ی انبر مخصوص درون سوراخ اتصال قرار می دهند و با ثابت نگه داشتن سر کلاهک دار آن سر دیگه را می کوبند تا به فرم کلاهک درآید و پرچ محکم گردد.
امروزه پرچکاری از رونق افتاده است:
1- پیشرفت فن جوشکاری 2- تولید پیچ های اعلا و پر مقاومت 3- نیاز به نیروی انسانی و ماهر برای پرچ کاری 4- نیاز به نظارت و کنترل دقیق 5- تولید سر و صدای زیاد به هنگام کوبیدن در پرچکاری و خطر آتش سوزی در کارگاه
انواع مختلف پرچ:
فرم سر میخ پرچ معمولاً به نوع کار بستگی دارد و به صورت سر نیم گرد یا سرخزینه ای، عدسی تخت، نیم کره، یا تخت کله گردی است.
اتصالات پیچی:
یک اتصال پیچی از نظرا نجام کار، سریع تر و عملی تر از سایر اتصالات است و با توجه به سرعت و آسانی اجرا بر دیگر اتصالات برتری دارد.اجزای تشکیل دهنده هر اتصال پیچی شامل سرپیچ، تنه ی پیچ، واشر و مهره است.
انواع پیچ با توجه به جنس آن:
1- پیچ های معمولی
2- پیچ های ساختمانی دقیق
3- پیچ های اعلای پیش تنیده
پیچ های معمولی: این پیچ ها که آن ها را «پیچ خام» یا «پیچ سیاه» می نامند دارای مقاومت خیلی زیادی نیستند و در محل هایی به کار می روند که نقش حساسی در ساختمان ندارند، مثل قطعات درجه دوم، مانند اتصال لایه ها به خرپاها یا ساختمان های سبک که فقط بار استاتیکی را تحمل می نمایند.لقی سوراخ این پیچها حدود 2 میلیمتر و قطر آن ها از 6 میلیمتر تا 100 میلیمتر ساخته می شود.
پیچ های ساختمانی دقیق: این پیچها از فولاد با مشخصات بهتری ساخته می شوند و دقت و ابعاد آن ها زیاد و لقی آن ها در سوراخ کم و در حدود 3/0 تا 5/0 میلیمتر است.این پیچ ها را به وسیله ضربه و پیچاندن در سوراخ قرار می دهند.قطر این پیچ ها از 12 میلیمتر تا 38 میلی متر متغیر است.
پیچ های اعلای پیش تنیده: این پیچ ها از فولاد اعلا با مقاومتی چندین برابر پیچ های معمولی ساخته می شوند. طرز کار این پیچ ها با انواع قبلی به کلی متفاوت است،زیرا در این پیچ ها با تولید پیش تنیدگی،قطعات قلزی مورد اتصال را به یکدیگر می فشارند. هر وصله به صورت اصطکاکی عمل می کند.مقاومت جاری شدن این پیچ ها 8000 تا 9000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.
جوش
یکی از متداول ترین روشهای اتصال قطعات کار می باشد، ایجاد قوس الکتریکی عبارت از جریان مداوم الکترون بین دو الکترود و یا الکترود و یا الکترود و کار بوده که در نتیجه آن حرارت تولید می شود. باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریک بین دو الکترود و یا کار و الکترود وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است. بطوریکه در شرایط معمولی نمی توان در خلاء جوشکاری نمود.
در قوس الکتریکی گرما و انرژی نورانی در مکانهای مختلف یکسان نبوده بطوریکه تقریباً 43% از حرارت درآند و تقریباً 36% در کاتد و 21% بقیه بصورت قوس ظاهر می شود. دمای حاصله از قوس الکتریکی بنوع الکترودهای آن نیز وابسته است بطوریکه در قوس الکتریکی با الکترودهای ذغالی تا 3200 درجه سانتیگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد. دمای حاصله در آندو کاتد برای الکترودهای فلزی حدوداً 2400 درجه سانتیگراد تا 2600 درجه تخمین زده شده است.
در این شرایط درجه حرارت در مرکز شعله بین 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد می باشد از انرژی گرمائی حاصله در حالت فوق فقط 70% تا 60% در قوس الکتریک مشاهده گردیده که صرف ذوب کردن و عمل جوشکاری شده و بقیه آن یعنی 30% تا 40% بصورت تلفات گرمائی به محیط اطراف منتشر می گردد.
طول قوس شعله Arc length بین 8/0 تا 6/0 قطر الکترود می باشد و تقریباً 90% از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد می گردد و 10% باطراف پراکنده می گردد. برای ایجاد قوس الکتریکی با ولتاژ کم بین 40 تا 50 ولت در جریان مستقیم و 60 تا 50 ولت در جریان متناوب احتیاج می باشد ولی در هر دو حالت شدت جریان باید بالا باشد نه ولتاژ.
انواع قوس ها در جوشکاری با قوس الکتریک:
تهیه قوس الکتریک به دو صورت باالکترودهای مصرفی و یا با الکترودهای غیر مصرفی مثلاً الکترودهای ذغالی وتنگستنیانجام می گیرد.
قوس الکتریک را می توان هم باجریانمستقیم و هم با جریان متناوب ایجادکرد. ولی عملاً دیده می شود کهجوشکاریبا جریان مستقیم راحت تر و بهتر انجام می گیرد.
جنس الکترودها در جوشکاری با قوس الکتریک :
چنانچه الکترود از نوع غیرمصرفی باشد الکترود از کربن – گرافیت یا تنگستن اختیار می گردد. الکترودهایکربنییا گرافیتی مورداستعمالشان فقط درجوشکاری با جریان مستقیممی باشد در حالیکهالکترودهای غیر مصرفی ازفلزتنگستنیاولفرام را می توان برای هر دو نوع جریان بکار برد.
جنس الکترودها بر حسب مواردکاربردشان از مواد گوناگونی ساخته شد و معمولاً شامل تقسیم بندی زیر می باشد:
فولادنرم
فولاد پرکربن
فولاد آلیاژی مخصوص
الکترود چدن
فلزات غیر آهنی
در مورد فلزات غیرآهنی از الکترودها و آلیاژهای مانندمس – آلومینیوم – آبنقرهبرنج وبرنزمی توان نام برد.
ترکیب شیمیایی روپوش الکترودها
روپوش الکترودهای فلزی از مواردی مانندآهکیا اکسیدکلسیم CaO فلوئورکلسیم F2Ca – اکسیدسدیم Na2O – تیتان یاتیتانیم Ti – سلولز روتایل – اجسام الیافی مانندآسبست – خاک رس- سیلیسیم Si پور تالک و مایع سیلیکات سدیم یا پتاسیمو غیره می باشد. مقدار وزن پوشش نسبت به الکترود بیت 25% تا 5% وزن الکترود ونقطه ذوبمجموعه مواد تشکیل دهنده بایستیکمتر از فلز یا آلیاژ سازنده الکترود جوشکاری باشد.
فاصله الکترود را نباید ازکار زیاد نمود تا الکترود نتواند با گازهای متصاعده از روپوش خود منطقه ذوب رانگهداری کند و در برابر تاثیر گازهای خارجی محافظت بنماید.
اثرات الکترود شامل موارد زیر است :
اگر روپوش الکترود فاسد یا مرطوب شودقوسالکتریکیپیوسته انجام نمی شود و بایستی الکترودها را که دارای مواد آهکی هستنددر درجه حرارت بین 80 تا 60 درجه سانتیگراد در خشک کننده الکترود قرار داد تا ازفساد پوشش آنها جلوگیری شود.
حفظ ناحیه جوش از اکسیده شدن و تاثیر ازت و ایجاد اکسید فلزی.
خارج راندن مواد مضر از ناحیه جوش زیرا پوشش الکترود ذوب شده و در روی ناحیهمذاب بصورت محافظی قرار می گیرد و چنانچه مواد زیان بخش در داخل مذاب باشد آن ها رابطرف بالا می کشد.
تقسیمبندی الکترودها از نظر پوشش شیمیائی
دانستن دقیق پوشش الکترودها اغلب جزءاسرار کارخانجات سازنده می باشد و بر حسب مقدار درصد مواد و نوعترکیبات شیمیائیکاملاً متفاوت هستند. بطوریکه بعضی از الکترودها برای کار خاصی ساخته شده اند چنانچه اگر برای جوش دادنکارهای دیگر مصرف شوند مقاومت دلخواهجوشکاریبه دست نخواهد آمد.
الکترودها از نقطه نظر پوشش به سه گروه اصلی زیر تقسیم میشوند.
الکترودهای اسیدی
الکترودهای روتایلی
الکترودهای بازی
که از اسم آن ها می توان به تر کیبات آن پی برد
انتخاب صحیح الکترود برای کار
انتخاب صحیح الکترود برای جوشکاری بستگی به نوع قطب و حالت درز جوش دارد مثلاً یک درز V شکل با زاویه کمتر از 40 درجه با ضخامت زیاد حداکثر با قطر اینچ که معادل 2 میلیمتر است برای ردیف اول گرده جوش استفاده می گردد تا کاملاً در عمق جوش نفوذ نماید. ولی چنانچه از الکترود با قطر بیشتر استفاده شود مقداری تفاله در ریشه جوش باقی خواهد ماند. که قدرت و استحکام جوش را تقلیل می دهد.
انتخاب صحیح الکترود( از نظر قطر)
بایستی توجه داشت که همیشه قطر الکترود از ضخامت فلز جوشکاری کمتر باشد هر چند که در بعضی از کارخانجات تولیدی عده ای از جوشکاران الکترود با ضخامت بیشتر از ضخامت فلز را به کار می برند. این عمل بدین جهت است که سرعت کار زیادتر باشد ولی انجام آن احتیاج به مهارت فوق العاده جوشکار دارد.
همچنین انتخاب صحیح قطر الکترود بستگی زیاد به نوع قطب ( + یا - ) و حالت درز جوش دارد مثلاً اگر یک درز V شکل با زاویه کمتر از 40 درجه باشد بایستی حداکثر از الکترود با قطر پنج شانزدهم اینچ برای ردیف اول گرده جوش استفاده کرد تا کاملاً بتوان عمق درز را جوش داد. چنانچه از الکترود با قطر زیادتر استفاده شود مقداری تفاله در جوش باقی خواهد ماند که قدرت و استحکام جوش را به طور قابل ملاحظه ای کاهش خواهد داد. در حین جوشکاری گاهی اوقات جرقه هائی به اطراف پخش می شود که دلایل آن چهار مورد زیر است.
ایجاد حوزه مغناطیسی و عدم کنترل قوس الکتریکی
ازدیاد فاصله الکترود نسبت به سطح کار
آمپر بیش از حد یا آمپر بالای غیر ضروری
عدم انتخاب قطب صحیح برای جوشکاری
اطلاعات پاکت الکترود
مطابق استاندارد پاکت ها و کارتنهای الکترود بایستی علامت ها و نوشته هائی داشته باشند که حتی المقدور مصرف کننده را در دسترسی به کیفیت مطلوب جوش راهنمائی و یاری نمایند.
در روی پاکت الکترود علاوه بر نام کارخانه سازنده , نوع جنس نیز درج می شود که برای مصرف صحیح حائز اهمیت است.
هر پاکت الکترود بایستی علاوه بر اسم تجارتی الکترود, طبقه بندی آن الکترود را حداقل طبق یکی از استانداردهای مهم بیان نماید. برای آگاهی از طول زمان ماندگی الکترود در کارخانه, بازار یا انبار و غیره . شماره ساخت یا تاریخ تولید روی پاکت نوشته یا مهر زده می شود.
قطر سیم مغزی الکترود مصرف کننده را در کاربرد صحیح آن با توجه به صخامت فلز, زاویه سیار , ترتیب پاس و غیره راهنمایی می کند.
نوع جریان برق از اینکه جریان دائم یا جریان متناوب لازم است( با موتور ژنراتور یا ترانسفورماتور می توان جوش داد) یا هر دو و در جریان دائم نوع اتصال قطبی بایستی یا به عبارت یا علامت روی پاکت درج شود.
حالت یا حالاتی از جوشکاری که این الکترود در آن حالت یا حالات مناسب است روی پاکت بیان می شود.
درج حدود شدت جریان برق ( بر حسب آمپر ) جهت انتخاب اولیه ( تنظیم دقیق شدت جریان ضمن جوشکاری با توجه به عوامل مختلف انجام می شود) ضروری است. وزن الکترودها یا تعداد الکترود داخل هر بسته روی پاکت یا بر چسب آن درج می شود. نوشتن مواردی که در بالا به آن اشاره شد, روی پاکت مطابق بیشتر استانداردها اجباری است.
همچنین خواص مکانیکی و شیمیائی , وضعیت ذوب و کیفیت قوی, نحوه نگهداری و انبار کردن, درجه حرارت خشک کردن, مواد استعمال بخصوص و پاره ای توصیه های دیگر در روی پاکت برای آگاهی مصرف کننده چاپ شده و یا مهر زده می شود.
انواع الکترودها
الکترودهائی که در جوش اتصال فولاد به کار برده می شوند مفتولهای مغزی با آلیاژ یا بدون آلیاژ دارند که جریان جوش را هدایت می کند. شعله برق بین قطعه کار و سرآزاد الکترود می سوزد و الکترود به عنوان یک ماده اضافی ذوب می شود.
الکترودهای نرم شده دارای علائم اختصاری بوده ( دین 1913 ) که روی بسته بندی آنها نوشته شده است. علائم اختصاری تمام نکات مهمی که در به کار بردن آن الکترود باید مراعات شوند نشان می دهند.
مشخصات الکترودها
در جوشکاری مشخصات الکترودها با یک سری اعداد مشخص می گردند. اعداد مشخصه به ترتیب زیر می باشد.
E 60 10
E = جریان برق
60 = کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع
1 = حالات مختلف جوشکار ی
0 = نوع جریان می باشد.
علامت اول
در علائم الکترود بالا E مشخص می نماید که این الکترود برای جوشکاری برق بوده با استقاده می شود. ( بعضی از الکترودهای پوشش دار هستند که در جوشکاری با اکسی استیلن از آنها استفاده می شوند مانند FC18 ).
در علامت دوم
عدد 6 و 0 یعنی مشخصه فشار کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع بوده بایستی آن را در 1000 ضرب نمود یعنی فشار کشش گرده جوش این نوع الکترود 60000 پاوند بر اینچ مربع است.
Kg/mm2
علامت سوم
حالات جوش را مشخص می کند که همیشه این علامت 1 یا 2 یا 3 می باشد. الکترودهائی که علامت سوم آنها 1 باشد در تمام حالات جوشکاری می توان از آنها استفاده کرد. و الکترودهائی که علامت سوم آنها عدد 2 می باشد در حالت سطحی و افقی مورد استفاده قرار می گیرند. الکترودهائی که علامت سوم آنها 3باشد تنها در حالت افقی مورد استفاده قرار می گیرند.
علامت چهارم
خصوصیات ظاهری گرده جوش و نوع جریان را مشخص می نماید که این علائم از 0 شروع و به 6 ختم می گردند.
چنانچه علامت چهارم یا آخر صفر باشد موارد استعمال این الکترودها تنها با جریان مستقیم یا DC و با قطب معکوس می باشد. نفوذ این جوشکاری زیاد و شکل مهره های جوش آن تخت و درجه سختی گرده جوش تقریباً زیاد می باشد.
چنانچه علامت چهارم یک باشد موارد استعمال این الکترود با DC , AC می باشد. شکل ظاهری جوش این الکترود صاف و در شکافها و درزها کمی مقعر و درجه سختی جوش کمی زیادتر از گرده اول است.( AC = جریان متناوب و DC = جریان مستقیم می باشد. )
اگر علامت چهارم 2 باشد موارد استعمال الکترود با AC , DC می باشد.نفوذ جوش متوسط و درجه سختی جوش کمی کمتر از دو گروه قبل می باشد نمای ظاهری آن محدب است.
اگر علامت چهارم 3 باشد این الکترود را می توان با جریان AC متناوب یا جریان مستقیم به کار برد. درجه سختی گرده جوش این الکترود کمتر از دو گرده اول و دوم و کمی بیشتر از گرده سوم می باشد و نیز در دارای قوس الکتریک خیلی آرام و نفوذ کم و شکل مهره های آن در درزهای شکل محدب می باشد.
اگر علامت چهارم 4 باشد این الکترود را می توان با جریان DC , AC به کار برد.
موارد استعمال این الکترود برای شکافهای عمیق یا در جائی که چندین گرده جوش به روی هم لازم است می باشد.
چنانچه علامت آخر 5 باشد مشخصه این علامت این است که فقط جریان DC مورد استفاده قرار می گیرد و موارد استعمال آن در شکافهای باز و عمیق است. درجه سختی گرده جوش این الکترود کم و دارای قوس الکتریکی آرامی است و پوشش شیمیایی آن از گروه پوشش الکترودهای بازی است.
چنانچه علامت آخر 6 باشد. خواص و مشخصه آن مطابق گروه 6 است با این تفاوت که با جریان Ac مورد استفاده قرار می گیرد.
الکترودهای پر مصرف
انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا
استاندارد آما 1/421 م ج
رنگ شناسائی : انتها – سورمه ای سیر
الکترود روتیلی روپوش متوسط برای فولادهای ساده در تمام حالات مخصوصاً جوش سربالا و بالاسر و حالات اجباری، دارای اکسید آهن.
دارای گواهی از لویدز ژرمن
جوش دادن با این الکترود بسیار آسان است و سرباره آن بخوبی پاک می شود – قوس آرام دارد – گرده جوش تمیز است و حالات مختلف را با شدت جریان ثابت بخوبی جوش می دهد.
انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا
استاندارد آما 1/421 م ج
استانداردآمریکائی: AWS.E 6013
رنگ شناسائی : انتها – زرد
الکترود با روپوش متوسط روتیلی برای جوشکاری فولادهای معمولی در ساختمان اسکلت های فلزی – خرپاها – پل سازی – در و پنجره سازی – ورق کاری و سایر کارهای آهنی – این الکترود را می توان برای جوشکاری درهمه حالات ( عمودی – افقی – و بالاسر ) استفاده نمود. محل جوش نرم است و بخوبی قابل براده برداری یا چکش کاری می باشد.
طریقه ایجاد قوس الکتریکی با دست
برای ایجاد قوس الکتریکی مانند نوک زدن مرغ عمل می نمائیم و الکترود را به کار نزدیک کرده و پس از برقراری شعله آن را در فاصله ای بین 2 تا 3 میلیمتر نسبت به کار نگه می داریم و صدای یکنواخت معرف تنظیم بودن جریان جوش می باشد. در جوشکاری تخت الکترود با زاویه تمایل بین 15 تا 20 درجه نسبت به خط قائم قرار دارد و با تغییراتی در این زاویه می توان تغییراتی در گروه و نوع جوش بوجود آورد.
برای پر کردن با حرکات مختلفی که به الکترود می دهند عمل می شود و انواع مختلف حرکت الکترود وجود دارد و برای پر کردن درز جوش مورد استفاده قرار می گیرد.
پر کردن در امتداد محور الکترود
پر کردن درز جوش بصورت شکسته و بسته
پر کردن درز جوش بطور زیگزاگ
پر کردن درز جوش با نوسان دایره ای
که 1و2 برای کارهای معمولی و لبه های کار اختیار میشود, و 3و4 به وسیله گرم نگه داشتن لبه های اتصال مانع خنک شدن حوضچه مذاب گردیده و در نتیجه موجب افزایش نفوذ گرده جوش می گردد. در جوشکاری چند پاس بایستی هر پاس که جوشکاری می شود به وسیله چکش و برس تمیز گردد و سپس پاس بعدی جوش داده شود.
جوشکاری قائم یا Vertiealwelding:
این نوع جوش دادن معمولاً مشکل می باشد زیرا حوضچه مذاب متمایل می باشد که بسمت پائین حرکت کند و بدیت جهت حرکت الکترود از پائین بطرف بالا در نظر گرفته می شود و برای ورقهای نازکتر از 5/1 میلیمتر نمی توان استفاده کرد.
جوش بالای سر Overhead welling:
در این نوع جوشکاری باید قوس الکتریکی ایجاد شده خیلی کوتاه و الکترود دارای روپوش دیرگذاری باشد تا بتواند پوششی مناسب بر روی حوضچه مذاب بوجود آورد و از چکیدن قطرات فلز ذوب شده جلوگیری کند.
در جوشکاری قوس الکتریک گرمای ایجاد شده مابین انتهای الکترود لبه های صفحات را ذوب نموده و قطرات فلز مذاب را سر الکترود با سرعتی در حدود 40 متر بر ثانیه جدا می شوند که حد میانگین آنها بین 10 تا 20 قطره در هر ثانیه می باشد.
وظایف روکش الکترود:
1- تامین حفاظ گازی در مقابل ورود اکسیژن و ازت به حوضچه مذاب و یک پوشش از سرباره مذاب برروی فلز مذاب جوشکاری
2- زدودن اکسید ها و آلودگی ها
3- کاهش نرخ سرد شدن فلز جوش و در نتیجه ایجاد یک جوش با شکل پذیری زیاد
4- باعث سهولت شروع عملیات جوشکاری، تثبیت قوس و کاهش میزان پاشش جوش می گردد.
5- باعث نفوذ بهتر و ذوب کامل تر فلز مبنا می گردد.
6- شکل ظاهری نوار جوش را کنترل می کند .
7- سرعت جوشکاری را افزایش می دهد
معیارهای مورد توجه در انتخاب اندازه الکترود:
1- هندسه درز : یک جوش گوشه می تواند با الکترود بزرگتری نسبت به آنچه که در جوش لب به لب مورد نیاز است، انجام شود.
2- ضخامت فلز پایه : واضح است که با افزایش ضخامت فلز مورد جوش، الکترود بزرگتری می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
3- ضخامت لایه جوش : ضخامت قطعات مورد جوشکاری و همچنین موقعیت انجام جوشکاری دو عامل دخیل در این مورد هستند . در جوشکاری تخت و افقی، ضخامت فلز جوش رسوب کرده، نسبت به جوشکاری سربالا یا سقفی بیشتر است.
4- موقعیت جوشکاری: در جوشکاری تخت و افقی می توان از الکترود بزرگتری نسبت به موقعیت سربالا یا سقفی استفاده کرد.
5- شدت جریان: با افزایش شدت جریان جوشکاری، الکترود بزرگتری مورد نیاز است.
6-مهارت جوشکار: بعضی از جوشکاران دارای مهارت فنی زیادی بوده بنابراین می توانند از الکترود های بزرگتری در جوشکاری سربالا یا سقفی استفاده کنند.
الکترودهای رایج در جوشکاری سازه های فولادی
E 7024 : روتیلی پودر آهن دار- استحکام خوب، تا فنس معمولی- دارای درصد پرکنندگی بالا و جوشکاری با سرعت بالا- جوشکاری در حالت فقط افقی و تختDCEP ، DCEN و Ac
E 7018 : قلیایی (کم هیدروژن)- استحکام خوب تافنس عالی- فولاد بااستحکام بالاتر قطعه ضخیم تر-جوشکاری در همه حالات DCEP
E 6010: سلولزی - استحکام معمولی، تافنس خوب- در مواردی که نفوذ مطرح است (پاس ریشه)
E6013: روتیلی - استحکام معمولی ،تافنس معمولی - کاربردهای معمولی ST 37 - جوشکاری در همه حالات DCEP، DCEN و AC
1- مقاومت زیاد : مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده ونسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سولهها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیتفراوان میباشد .
2- خواص یکنواخت : فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیقتهیه میشود ، یکنواخت بودن خواص آن میتوان اطمینان کرد و خواص ان بر خلاف بتن باعوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخابضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود .
3- دوام : دوام فولاد بسیار خوب است ، ساختمانهای فلزی که در نگهداری آنها دقتگردد . برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود .
4- خواص ارتجاعی : خواص مفروض ارتجاعی فولاد با تقریبی بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد تا تنشهایبزرگی از قانون هوک بخوبی پیروی مینماید . مثلآ ممان اینرسی یک مقطع فولادی رامیتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود . حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطهچندان معین و قابل اطمینان نمی باشد .
5- شکل پذیری : از خاصیت مثبت مصالحفلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی استونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده درمقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ،عضو خودخبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات ان جلوگیری میکند.
6- پیوستگی مصالح : قطعات فلزی با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن می باشد و ولی در قطعات بتنیصدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سلاح میلگرد وارد میگردد ، ترکهائی که درپوشش بتن پدید می آید ، قابل کنترل نبوده و احتمالا" ساختمان در پس لرزه یا زلزلهبعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب شود .
7- مقاومت متعادل مصالح،مقاومت : مصالحفلزی در کشش و فشار یکسان ودر برش نیز خوب و نزدیک به کشش وفشار است .در تغییر وضعبارها، نیروی وارده فشاری ، کششی قابل تعویض بوده و همچنین مقاطعی که در بار گذاریعادی تنش برشی در انها کوچک است ، در بارهای پیش بینی شده ،تحت اثر پیچش و در نتیجهبرش ناشی از ان قرار میگیرند . در ساختمانهای بتنی مسلح مقاومت بتن در فشار خوب ،ولی در کشش و یا برش کم است. پس در صورتی که مناطقی احتمالآتحت نیروی کششی قرارگرفته و مسلح نشده باشد تولید ترک و خرابی مینماید.
8- انفجار : در ساختمانهایبارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده ، از قطعات پرکننده مانند تیغه ها ودیواره ها استفاده نمی شود . نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کندو انرژی مخرب آشکار میشود ، ولی ساختمان کلا" ویران نخواهد گردید . در ساختمانهاییبتن مسلح خرابی دیوارها باعث ویرانی ساختمان خواهد شد .
9- تقویت پذیری وامکان مقاوم سازی : اعضاء ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه ، تغییرمقررات و ضوابط ، اجراء و .... میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید ،تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه هائی اضافه کرد .
10- شرائط آسان ساخت و نصب : تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت ، شرایط جوی متفاوت با تهمیداتلازم قابل اجراء است .
11- سرعت نصب : سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجراءقطعات بتنی مدت زمان کمتری می طلبد .
12- پرت مصالح : با توجه به تهیه قطعاتاز کارخانجات ، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است .
13- وزن کم : میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع ویا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخکین زد ، درحالی که در ساختمانهای بتنمسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم برمترمربع یا 160 تا 250کیلوگرم برمترمکعب می باشد .
14- اشغال فضا : در دو ساختمان مساوی از نظرارتفاع و ابعاد ، ستون و تیرهای ساختمانهای فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهایبتنی میباشد ، سطح اشغال یا فضا مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود .
15- ضریب نیروی لرزه ای : حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی دراجزاء ساختمان میشود ، بعبارت دیگر ساختمان برروی زمینی که بصورت تصادفی و غیر همگندر حال ارتعاش است ، بایستی ایستایی داشته و ارتعاش زمین را تحمل کند . در قابهایبتن مسلح که وزن بیشتر دارد ، ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قابهای فلزی است .
تجربه نشان میدهد که خسارت وارده برساختمانهای کوتاه و صلب که در زمینهای محکمساخته شده اند ، زیاد است . درحالیکه در ساختمانهای بلند و انعطاف پذیر ، آنهائی کهدر زمینهائی نرم ساخته شده اند ، صدمات بیشتری از زلزله دیده اند . بعبارت دیگر درزمینهای نرم که پریود ارتعاش زمین نسبتا" بزرگ است ، ساختمان های کوتاه نتایج بهتریداده اند و برعکس در زمینهای سفت با پریود کوچک ، ساختمان بلند احتمال خرابی کمتردارند . عکس العمل ساختمانها در مقابل حرکت زلزله بستگی به مشخصات خود ساختمان ازنظر صلبیت و یا انعطاف پذیری آن دارد و مهمترین مشخصه ساختمان در رفتار آن در مقابلزلزله ، پریود طبیعی ارتعاش ساختمان است .
معایب ساختمانهای فلزی :
1- ضعف در دمای زیاد : مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد . اگر دکایاسکلت فلزی از 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد ، تعادل ساختمان به خطر میافتد .
2- خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی : قطعات مصرفی در ساختمانفلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته میشود و مخارج نگهداری ومحافظت زیاد است .
3- تمایل قطعات فشاری به کمانش : با توجه به اینکه قطعاتفلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا" کوچک است ، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطهضعف بحساب می رسد .
4- جوش نامناسب : در ساختمانهای فلری اتصال قطعات بههمدیگر با جوش ، پرچ ، پیچ صورت میگیرد . استفاده از پیچ و مهره وتهیه ، ساخت قطعاتدر کارخانجات اقتصادی ترین ، فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهایمتداول چنین امکاناتی مهیا نیست . اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفادهاز ماشین آلات قدیمی ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایشجوش و ...... برزگترین ضعف میباشد . تجربه ثابت کرده است که سوله های ساخته شده درکارخانجات درصورت رعایت مشخصات فنی و استاندارد ، این عیب را نداشته و دارای مقاومتسازه ایی بهتر در برابر بارهای وارده و نیروی زلزله است .
اتصال پرچی:
پرچ از قدیمی ترین وسایلی است که از آن برای اتصال اعضای سازه های فلزی استفاده می شود. یک پرچ نکوبیده از یک تنه ی استوانه ای کوچک که سر آن دارای کلاهک می باشد تشکیل شده است.پرچها معمولاً از فولاد معمولی ساخته می شوند.
شیوه ی استفاده از پرچ:
ابتدا پرچ را تا دمای سرخ شدن گرم می کنند، سپس آن را به وسیله ی انبر مخصوص درون سوراخ اتصال قرار می دهند و با ثابت نگه داشتن سر کلاهک دار آن سر دیگه را می کوبند تا به فرم کلاهک درآید و پرچ محکم گردد.
امروزه پرچکاری از رونق افتاده است:
1- پیشرفت فن جوشکاری 2- تولید پیچ های اعلا و پر مقاومت 3- نیاز به نیروی انسانی و ماهر برای پرچ کاری 4- نیاز به نظارت و کنترل دقیق 5- تولید سر و صدای زیاد به هنگام کوبیدن در پرچکاری و خطر آتش سوزی در کارگاه
انواع مختلف پرچ:
فرم سر میخ پرچ معمولاً به نوع کار بستگی دارد و به صورت سر نیم گرد یا سرخزینه ای، عدسی تخت، نیم کره، یا تخت کله گردی است.
اتصالات پیچی:
یک اتصال پیچی از نظرا نجام کار، سریع تر و عملی تر از سایر اتصالات است و با توجه به سرعت و آسانی اجرا بر دیگر اتصالات برتری دارد.اجزای تشکیل دهنده هر اتصال پیچی شامل سرپیچ، تنه ی پیچ، واشر و مهره است.
انواع پیچ با توجه به جنس آن:
1- پیچ های معمولی
2- پیچ های ساختمانی دقیق
3- پیچ های اعلای پیش تنیده
پیچ های معمولی: این پیچ ها که آن ها را «پیچ خام» یا «پیچ سیاه» می نامند دارای مقاومت خیلی زیادی نیستند و در محل هایی به کار می روند که نقش حساسی در ساختمان ندارند، مثل قطعات درجه دوم، مانند اتصال لایه ها به خرپاها یا ساختمان های سبک که فقط بار استاتیکی را تحمل می نمایند.لقی سوراخ این پیچها حدود 2 میلیمتر و قطر آن ها از 6 میلیمتر تا 100 میلیمتر ساخته می شود.
پیچ های ساختمانی دقیق: این پیچها از فولاد با مشخصات بهتری ساخته می شوند و دقت و ابعاد آن ها زیاد و لقی آن ها در سوراخ کم و در حدود 3/0 تا 5/0 میلیمتر است.این پیچ ها را به وسیله ضربه و پیچاندن در سوراخ قرار می دهند.قطر این پیچ ها از 12 میلیمتر تا 38 میلی متر متغیر است.
پیچ های اعلای پیش تنیده: این پیچ ها از فولاد اعلا با مقاومتی چندین برابر پیچ های معمولی ساخته می شوند. طرز کار این پیچ ها با انواع قبلی به کلی متفاوت است،زیرا در این پیچ ها با تولید پیش تنیدگی،قطعات قلزی مورد اتصال را به یکدیگر می فشارند. هر وصله به صورت اصطکاکی عمل می کند.مقاومت جاری شدن این پیچ ها 8000 تا 9000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.
جوش
یکی از متداول ترین روشهای اتصال قطعات کار می باشد، ایجاد قوس الکتریکی عبارت از جریان مداوم الکترون بین دو الکترود و یا الکترود و یا الکترود و کار بوده که در نتیجه آن حرارت تولید می شود. باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریک بین دو الکترود و یا کار و الکترود وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است. بطوریکه در شرایط معمولی نمی توان در خلاء جوشکاری نمود.
در قوس الکتریکی گرما و انرژی نورانی در مکانهای مختلف یکسان نبوده بطوریکه تقریباً 43% از حرارت درآند و تقریباً 36% در کاتد و 21% بقیه بصورت قوس ظاهر می شود. دمای حاصله از قوس الکتریکی بنوع الکترودهای آن نیز وابسته است بطوریکه در قوس الکتریکی با الکترودهای ذغالی تا 3200 درجه سانتیگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد. دمای حاصله در آندو کاتد برای الکترودهای فلزی حدوداً 2400 درجه سانتیگراد تا 2600 درجه تخمین زده شده است.
در این شرایط درجه حرارت در مرکز شعله بین 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد می باشد از انرژی گرمائی حاصله در حالت فوق فقط 70% تا 60% در قوس الکتریک مشاهده گردیده که صرف ذوب کردن و عمل جوشکاری شده و بقیه آن یعنی 30% تا 40% بصورت تلفات گرمائی به محیط اطراف منتشر می گردد.
طول قوس شعله Arc length بین 8/0 تا 6/0 قطر الکترود می باشد و تقریباً 90% از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد می گردد و 10% باطراف پراکنده می گردد. برای ایجاد قوس الکتریکی با ولتاژ کم بین 40 تا 50 ولت در جریان مستقیم و 60 تا 50 ولت در جریان متناوب احتیاج می باشد ولی در هر دو حالت شدت جریان باید بالا باشد نه ولتاژ.
انواع قوس ها در جوشکاری با قوس الکتریک:
تهیه قوس الکتریک به دو صورت باالکترودهای مصرفی و یا با الکترودهای غیر مصرفی مثلاً الکترودهای ذغالی وتنگستنیانجام می گیرد.
قوس الکتریک را می توان هم باجریانمستقیم و هم با جریان متناوب ایجادکرد. ولی عملاً دیده می شود کهجوشکاریبا جریان مستقیم راحت تر و بهتر انجام می گیرد.
جنس الکترودها در جوشکاری با قوس الکتریک :
چنانچه الکترود از نوع غیرمصرفی باشد الکترود از کربن – گرافیت یا تنگستن اختیار می گردد. الکترودهایکربنییا گرافیتی مورداستعمالشان فقط درجوشکاری با جریان مستقیممی باشد در حالیکهالکترودهای غیر مصرفی ازفلزتنگستنیاولفرام را می توان برای هر دو نوع جریان بکار برد.
جنس الکترودها بر حسب مواردکاربردشان از مواد گوناگونی ساخته شد و معمولاً شامل تقسیم بندی زیر می باشد:
فولادنرم
فولاد پرکربن
فولاد آلیاژی مخصوص
الکترود چدن
فلزات غیر آهنی
در مورد فلزات غیرآهنی از الکترودها و آلیاژهای مانندمس – آلومینیوم – آبنقرهبرنج وبرنزمی توان نام برد.
ترکیب شیمیایی روپوش الکترودها
روپوش الکترودهای فلزی از مواردی مانندآهکیا اکسیدکلسیم CaO فلوئورکلسیم F2Ca – اکسیدسدیم Na2O – تیتان یاتیتانیم Ti – سلولز روتایل – اجسام الیافی مانندآسبست – خاک رس- سیلیسیم Si پور تالک و مایع سیلیکات سدیم یا پتاسیمو غیره می باشد. مقدار وزن پوشش نسبت به الکترود بیت 25% تا 5% وزن الکترود ونقطه ذوبمجموعه مواد تشکیل دهنده بایستیکمتر از فلز یا آلیاژ سازنده الکترود جوشکاری باشد.
فاصله الکترود را نباید ازکار زیاد نمود تا الکترود نتواند با گازهای متصاعده از روپوش خود منطقه ذوب رانگهداری کند و در برابر تاثیر گازهای خارجی محافظت بنماید.
اثرات الکترود شامل موارد زیر است :
اگر روپوش الکترود فاسد یا مرطوب شودقوسالکتریکیپیوسته انجام نمی شود و بایستی الکترودها را که دارای مواد آهکی هستنددر درجه حرارت بین 80 تا 60 درجه سانتیگراد در خشک کننده الکترود قرار داد تا ازفساد پوشش آنها جلوگیری شود.
حفظ ناحیه جوش از اکسیده شدن و تاثیر ازت و ایجاد اکسید فلزی.
خارج راندن مواد مضر از ناحیه جوش زیرا پوشش الکترود ذوب شده و در روی ناحیهمذاب بصورت محافظی قرار می گیرد و چنانچه مواد زیان بخش در داخل مذاب باشد آن ها رابطرف بالا می کشد.
تقسیمبندی الکترودها از نظر پوشش شیمیائی
دانستن دقیق پوشش الکترودها اغلب جزءاسرار کارخانجات سازنده می باشد و بر حسب مقدار درصد مواد و نوعترکیبات شیمیائیکاملاً متفاوت هستند. بطوریکه بعضی از الکترودها برای کار خاصی ساخته شده اند چنانچه اگر برای جوش دادنکارهای دیگر مصرف شوند مقاومت دلخواهجوشکاریبه دست نخواهد آمد.
الکترودها از نقطه نظر پوشش به سه گروه اصلی زیر تقسیم میشوند.
الکترودهای اسیدی
الکترودهای روتایلی
الکترودهای بازی
که از اسم آن ها می توان به تر کیبات آن پی برد
انتخاب صحیح الکترود برای کار
انتخاب صحیح الکترود برای جوشکاری بستگی به نوع قطب و حالت درز جوش دارد مثلاً یک درز V شکل با زاویه کمتر از 40 درجه با ضخامت زیاد حداکثر با قطر اینچ که معادل 2 میلیمتر است برای ردیف اول گرده جوش استفاده می گردد تا کاملاً در عمق جوش نفوذ نماید. ولی چنانچه از الکترود با قطر بیشتر استفاده شود مقداری تفاله در ریشه جوش باقی خواهد ماند. که قدرت و استحکام جوش را تقلیل می دهد.
انتخاب صحیح الکترود( از نظر قطر)
بایستی توجه داشت که همیشه قطر الکترود از ضخامت فلز جوشکاری کمتر باشد هر چند که در بعضی از کارخانجات تولیدی عده ای از جوشکاران الکترود با ضخامت بیشتر از ضخامت فلز را به کار می برند. این عمل بدین جهت است که سرعت کار زیادتر باشد ولی انجام آن احتیاج به مهارت فوق العاده جوشکار دارد.
همچنین انتخاب صحیح قطر الکترود بستگی زیاد به نوع قطب ( + یا - ) و حالت درز جوش دارد مثلاً اگر یک درز V شکل با زاویه کمتر از 40 درجه باشد بایستی حداکثر از الکترود با قطر پنج شانزدهم اینچ برای ردیف اول گرده جوش استفاده کرد تا کاملاً بتوان عمق درز را جوش داد. چنانچه از الکترود با قطر زیادتر استفاده شود مقداری تفاله در جوش باقی خواهد ماند که قدرت و استحکام جوش را به طور قابل ملاحظه ای کاهش خواهد داد. در حین جوشکاری گاهی اوقات جرقه هائی به اطراف پخش می شود که دلایل آن چهار مورد زیر است.
ایجاد حوزه مغناطیسی و عدم کنترل قوس الکتریکی
ازدیاد فاصله الکترود نسبت به سطح کار
آمپر بیش از حد یا آمپر بالای غیر ضروری
عدم انتخاب قطب صحیح برای جوشکاری
اطلاعات پاکت الکترود
مطابق استاندارد پاکت ها و کارتنهای الکترود بایستی علامت ها و نوشته هائی داشته باشند که حتی المقدور مصرف کننده را در دسترسی به کیفیت مطلوب جوش راهنمائی و یاری نمایند.
در روی پاکت الکترود علاوه بر نام کارخانه سازنده , نوع جنس نیز درج می شود که برای مصرف صحیح حائز اهمیت است.
هر پاکت الکترود بایستی علاوه بر اسم تجارتی الکترود, طبقه بندی آن الکترود را حداقل طبق یکی از استانداردهای مهم بیان نماید. برای آگاهی از طول زمان ماندگی الکترود در کارخانه, بازار یا انبار و غیره . شماره ساخت یا تاریخ تولید روی پاکت نوشته یا مهر زده می شود.
قطر سیم مغزی الکترود مصرف کننده را در کاربرد صحیح آن با توجه به صخامت فلز, زاویه سیار , ترتیب پاس و غیره راهنمایی می کند.
نوع جریان برق از اینکه جریان دائم یا جریان متناوب لازم است( با موتور ژنراتور یا ترانسفورماتور می توان جوش داد) یا هر دو و در جریان دائم نوع اتصال قطبی بایستی یا به عبارت یا علامت روی پاکت درج شود.
حالت یا حالاتی از جوشکاری که این الکترود در آن حالت یا حالات مناسب است روی پاکت بیان می شود.
درج حدود شدت جریان برق ( بر حسب آمپر ) جهت انتخاب اولیه ( تنظیم دقیق شدت جریان ضمن جوشکاری با توجه به عوامل مختلف انجام می شود) ضروری است. وزن الکترودها یا تعداد الکترود داخل هر بسته روی پاکت یا بر چسب آن درج می شود. نوشتن مواردی که در بالا به آن اشاره شد, روی پاکت مطابق بیشتر استانداردها اجباری است.
همچنین خواص مکانیکی و شیمیائی , وضعیت ذوب و کیفیت قوی, نحوه نگهداری و انبار کردن, درجه حرارت خشک کردن, مواد استعمال بخصوص و پاره ای توصیه های دیگر در روی پاکت برای آگاهی مصرف کننده چاپ شده و یا مهر زده می شود.
انواع الکترودها
الکترودهائی که در جوش اتصال فولاد به کار برده می شوند مفتولهای مغزی با آلیاژ یا بدون آلیاژ دارند که جریان جوش را هدایت می کند. شعله برق بین قطعه کار و سرآزاد الکترود می سوزد و الکترود به عنوان یک ماده اضافی ذوب می شود.
الکترودهای نرم شده دارای علائم اختصاری بوده ( دین 1913 ) که روی بسته بندی آنها نوشته شده است. علائم اختصاری تمام نکات مهمی که در به کار بردن آن الکترود باید مراعات شوند نشان می دهند.
مشخصات الکترودها
در جوشکاری مشخصات الکترودها با یک سری اعداد مشخص می گردند. اعداد مشخصه به ترتیب زیر می باشد.
E 60 10
E = جریان برق
60 = کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع
1 = حالات مختلف جوشکار ی
0 = نوع جریان می باشد.
علامت اول
در علائم الکترود بالا E مشخص می نماید که این الکترود برای جوشکاری برق بوده با استقاده می شود. ( بعضی از الکترودهای پوشش دار هستند که در جوشکاری با اکسی استیلن از آنها استفاده می شوند مانند FC18 ).
در علامت دوم
عدد 6 و 0 یعنی مشخصه فشار کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع بوده بایستی آن را در 1000 ضرب نمود یعنی فشار کشش گرده جوش این نوع الکترود 60000 پاوند بر اینچ مربع است.
Kg/mm2
علامت سوم
حالات جوش را مشخص می کند که همیشه این علامت 1 یا 2 یا 3 می باشد. الکترودهائی که علامت سوم آنها 1 باشد در تمام حالات جوشکاری می توان از آنها استفاده کرد. و الکترودهائی که علامت سوم آنها عدد 2 می باشد در حالت سطحی و افقی مورد استفاده قرار می گیرند. الکترودهائی که علامت سوم آنها 3باشد تنها در حالت افقی مورد استفاده قرار می گیرند.
علامت چهارم
خصوصیات ظاهری گرده جوش و نوع جریان را مشخص می نماید که این علائم از 0 شروع و به 6 ختم می گردند.
چنانچه علامت چهارم یا آخر صفر باشد موارد استعمال این الکترودها تنها با جریان مستقیم یا DC و با قطب معکوس می باشد. نفوذ این جوشکاری زیاد و شکل مهره های جوش آن تخت و درجه سختی گرده جوش تقریباً زیاد می باشد.
چنانچه علامت چهارم یک باشد موارد استعمال این الکترود با DC , AC می باشد. شکل ظاهری جوش این الکترود صاف و در شکافها و درزها کمی مقعر و درجه سختی جوش کمی زیادتر از گرده اول است.( AC = جریان متناوب و DC = جریان مستقیم می باشد. )
اگر علامت چهارم 2 باشد موارد استعمال الکترود با AC , DC می باشد.نفوذ جوش متوسط و درجه سختی جوش کمی کمتر از دو گروه قبل می باشد نمای ظاهری آن محدب است.
اگر علامت چهارم 3 باشد این الکترود را می توان با جریان AC متناوب یا جریان مستقیم به کار برد. درجه سختی گرده جوش این الکترود کمتر از دو گرده اول و دوم و کمی بیشتر از گرده سوم می باشد و نیز در دارای قوس الکتریک خیلی آرام و نفوذ کم و شکل مهره های آن در درزهای شکل محدب می باشد.
اگر علامت چهارم 4 باشد این الکترود را می توان با جریان DC , AC به کار برد.
موارد استعمال این الکترود برای شکافهای عمیق یا در جائی که چندین گرده جوش به روی هم لازم است می باشد.
چنانچه علامت آخر 5 باشد مشخصه این علامت این است که فقط جریان DC مورد استفاده قرار می گیرد و موارد استعمال آن در شکافهای باز و عمیق است. درجه سختی گرده جوش این الکترود کم و دارای قوس الکتریکی آرامی است و پوشش شیمیایی آن از گروه پوشش الکترودهای بازی است.
چنانچه علامت آخر 6 باشد. خواص و مشخصه آن مطابق گروه 6 است با این تفاوت که با جریان Ac مورد استفاده قرار می گیرد.
الکترودهای پر مصرف
انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا
استاندارد آما 1/421 م ج
رنگ شناسائی : انتها – سورمه ای سیر
الکترود روتیلی روپوش متوسط برای فولادهای ساده در تمام حالات مخصوصاً جوش سربالا و بالاسر و حالات اجباری، دارای اکسید آهن.
دارای گواهی از لویدز ژرمن
جوش دادن با این الکترود بسیار آسان است و سرباره آن بخوبی پاک می شود – قوس آرام دارد – گرده جوش تمیز است و حالات مختلف را با شدت جریان ثابت بخوبی جوش می دهد.
انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا
استاندارد آما 1/421 م ج
استانداردآمریکائی: AWS.E 6013
رنگ شناسائی : انتها – زرد
الکترود با روپوش متوسط روتیلی برای جوشکاری فولادهای معمولی در ساختمان اسکلت های فلزی – خرپاها – پل سازی – در و پنجره سازی – ورق کاری و سایر کارهای آهنی – این الکترود را می توان برای جوشکاری درهمه حالات ( عمودی – افقی – و بالاسر ) استفاده نمود. محل جوش نرم است و بخوبی قابل براده برداری یا چکش کاری می باشد.
طریقه ایجاد قوس الکتریکی با دست
برای ایجاد قوس الکتریکی مانند نوک زدن مرغ عمل می نمائیم و الکترود را به کار نزدیک کرده و پس از برقراری شعله آن را در فاصله ای بین 2 تا 3 میلیمتر نسبت به کار نگه می داریم و صدای یکنواخت معرف تنظیم بودن جریان جوش می باشد. در جوشکاری تخت الکترود با زاویه تمایل بین 15 تا 20 درجه نسبت به خط قائم قرار دارد و با تغییراتی در این زاویه می توان تغییراتی در گروه و نوع جوش بوجود آورد.
برای پر کردن با حرکات مختلفی که به الکترود می دهند عمل می شود و انواع مختلف حرکت الکترود وجود دارد و برای پر کردن درز جوش مورد استفاده قرار می گیرد.
پر کردن در امتداد محور الکترود
پر کردن درز جوش بصورت شکسته و بسته
پر کردن درز جوش بطور زیگزاگ
پر کردن درز جوش با نوسان دایره ای
که 1و2 برای کارهای معمولی و لبه های کار اختیار میشود, و 3و4 به وسیله گرم نگه داشتن لبه های اتصال مانع خنک شدن حوضچه مذاب گردیده و در نتیجه موجب افزایش نفوذ گرده جوش می گردد. در جوشکاری چند پاس بایستی هر پاس که جوشکاری می شود به وسیله چکش و برس تمیز گردد و سپس پاس بعدی جوش داده شود.
جوشکاری قائم یا Vertiealwelding:
این نوع جوش دادن معمولاً مشکل می باشد زیرا حوضچه مذاب متمایل می باشد که بسمت پائین حرکت کند و بدیت جهت حرکت الکترود از پائین بطرف بالا در نظر گرفته می شود و برای ورقهای نازکتر از 5/1 میلیمتر نمی توان استفاده کرد.
جوش بالای سر Overhead welling:
در این نوع جوشکاری باید قوس الکتریکی ایجاد شده خیلی کوتاه و الکترود دارای روپوش دیرگذاری باشد تا بتواند پوششی مناسب بر روی حوضچه مذاب بوجود آورد و از چکیدن قطرات فلز ذوب شده جلوگیری کند.
در جوشکاری قوس الکتریک گرمای ایجاد شده مابین انتهای الکترود لبه های صفحات را ذوب نموده و قطرات فلز مذاب را سر الکترود با سرعتی در حدود 40 متر بر ثانیه جدا می شوند که حد میانگین آنها بین 10 تا 20 قطره در هر ثانیه می باشد.
وظایف روکش الکترود:
1- تامین حفاظ گازی در مقابل ورود اکسیژن و ازت به حوضچه مذاب و یک پوشش از سرباره مذاب برروی فلز مذاب جوشکاری
2- زدودن اکسید ها و آلودگی ها
3- کاهش نرخ سرد شدن فلز جوش و در نتیجه ایجاد یک جوش با شکل پذیری زیاد
4- باعث سهولت شروع عملیات جوشکاری، تثبیت قوس و کاهش میزان پاشش جوش می گردد.
5- باعث نفوذ بهتر و ذوب کامل تر فلز مبنا می گردد.
6- شکل ظاهری نوار جوش را کنترل می کند .
7- سرعت جوشکاری را افزایش می دهد
معیارهای مورد توجه در انتخاب اندازه الکترود:
1- هندسه درز : یک جوش گوشه می تواند با الکترود بزرگتری نسبت به آنچه که در جوش لب به لب مورد نیاز است، انجام شود.
2- ضخامت فلز پایه : واضح است که با افزایش ضخامت فلز مورد جوش، الکترود بزرگتری می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
3- ضخامت لایه جوش : ضخامت قطعات مورد جوشکاری و همچنین موقعیت انجام جوشکاری دو عامل دخیل در این مورد هستند . در جوشکاری تخت و افقی، ضخامت فلز جوش رسوب کرده، نسبت به جوشکاری سربالا یا سقفی بیشتر است.
4- موقعیت جوشکاری: در جوشکاری تخت و افقی می توان از الکترود بزرگتری نسبت به موقعیت سربالا یا سقفی استفاده کرد.
5- شدت جریان: با افزایش شدت جریان جوشکاری، الکترود بزرگتری مورد نیاز است.
6-مهارت جوشکار: بعضی از جوشکاران دارای مهارت فنی زیادی بوده بنابراین می توانند از الکترود های بزرگتری در جوشکاری سربالا یا سقفی استفاده کنند.
الکترودهای رایج در جوشکاری سازه های فولادی
E 7024 : روتیلی پودر آهن دار- استحکام خوب، تا فنس معمولی- دارای درصد پرکنندگی بالا و جوشکاری با سرعت بالا- جوشکاری در حالت فقط افقی و تختDCEP ، DCEN و Ac
E 7018 : قلیایی (کم هیدروژن)- استحکام خوب تافنس عالی- فولاد بااستحکام بالاتر قطعه ضخیم تر-جوشکاری در همه حالات DCEP
E 6010: سلولزی - استحکام معمولی، تافنس خوب- در مواردی که نفوذ مطرح است (پاس ریشه)
E6013: روتیلی - استحکام معمولی ،تافنس معمولی - کاربردهای معمولی ST 37 - جوشکاری در همه حالات DCEP، DCEN و AC
[مصالح ساختمانی] فولاد
[مصالح ساختمانی] فولاد
فولاد به عنوان ماده ای با مشخصات خاص و منحصر به فرد، مدت هاست در ساخت ساختمان ها کاربرد دارد. قابلیت اجرای دقیق ، رفتار سازه ای معین ، نسبت مقاومت به وزن مناسب ، در کنار امکان اجرای سریع سازه های فولادی همراه با جزئیات و ظرافت های معماری، فولاد را به عنوان مصالحی منحصر به فرد و ارزان در پروژه های ساختمانی مطرح نموده است.به نحوی که اگر ضعف های محدود این ماده نظیر مقاومت کم در برابر خوردگی و عدم مقاومت در آتش سوزی های شدید به درستی مورد توجه و کنترل قرار گیرند،امکانات وسیعی در اختیار طراح قرار می دهد که در هیچ ماده دیگر قابل دستیابی نیست.
برای دانلود فایل پاورپوینت اینجا را کلیک کنید.
[مصالح ساختمانی] فولاد
فولاد به عنوان ماده ای با مشخصات خاص و منحصر به فرد، مدت هاست در ساخت ساختمان ها کاربرد دارد. قابلیت اجرای دقیق ، رفتار سازه ای معین ، نسبت مقاومت به وزن مناسب ، در کنار امکان اجرای سریع سازه های فولادی همراه با جزئیات و ظرافت های معماری، فولاد را به عنوان مصالحی منحصر به فرد و ارزان در پروژه های ساختمانی مطرح نموده است.به نحوی که اگر ضعف های محدود این ماده نظیر مقاومت کم در برابر خوردگی و عدم مقاومت در آتش سوزی های شدید به درستی مورد توجه و کنترل قرار گیرند،امکانات وسیعی در اختیار طراح قرار می دهد که در هیچ ماده دیگر قابل دستیابی نیست.
برای دانلود فایل پاورپوینت اینجا را کلیک کنید.
Similar threads
| Thread starter | عنوان | تالار | پاسخ ها | تاریخ |
|---|---|---|---|---|
| 1 | [مصالح ساختمانی] | مصالح و دیتیل های ساختمان | 0 | |
|
[مصالح ساختمانی] گریتینگ | مصالح و دیتیل های ساختمان | 0 | |
|
|
[مصالح ساختمانی] ریپ رپ | مصالح و دیتیل های ساختمان | 0 | |
|
|
[مصالح ساختمانی]یونولیت | مصالح و دیتیل های ساختمان | 0 | |
| M | [مصالح ساختمانی] فوم بتن | مصالح و دیتیل های ساختمان | 4 |