فولادهای A514/A517 یک گروه از فولادهای سازه کونچ و تمپر شده با ترکیبی از خواص مکانیکی مناسب هستند. مهمترین این خواص استحکام تسلیم بالا (حداقل استحکام تسلیم 90-100 ksi )، جوشپذیری و تافنس خوب در دماهای پایین میباشد. استفاده از این فولادهای پر استحکام باعث کاهش هزینه و افزایش راندمان میگردد. هرچند جوشپذیری این فولادها خوب است اما برای ایجاد یک اتصال موفق باید به برخی نکات مهم توجه داشت. از جمله مهمترین این نکات عملیات پسگرم میباشد. منظور از عملیات پسگرم در این نوشتار، عملیات حرارتی پس از جوشکاری در دمای بالاتر از 370ºC و کمتر از دمایی است که سازنده برای تمپر کردن این فولاد استفاده نموده است. بطور کلی این فولادها نباید تحت عملیات پسگرم قرار بگیرند چرا که ممکن است در اثر این عملیات، تافنس در ناحیه جوش و HAZ کاهش یافته و یا ترک در قطعه ایجاد شود.

عناصر آلیاژی که برای دستیابی به استحکام و تافنس بالا در این فولادها بکار رفته در اثر عملیات پسگرم تاثیر عکس بر خواص خواند داشت. عملیات پسگرم برای این فولادها-مانند سایر فولادها- تنها زمانی میتواند انجام شود که از مفید بودن آن اطمینان حاصل شده و آثار مخرب احتمالی آن قابل کنترل باشد.بهرحال در برخی موارد لزوم اجرای عملیات پسگرم غیر قابل انکار است. بخصوص در مواردی که امکان ایجاد ترک یا ترک خوردگی تنشی (SCC) در اثر تنشهای باقیمانده از جوش یا کار سرد روی قطعه وجود داشته و یا تافنس قطعه در اثر جوشکاری یا کار سرد کاهش یافته باشد. در این گونه موارد باید بررسی دقیقی صورت گیرد تا بتوان عملیات پسگرمی موفق و با کمترین احتمال آسیب اجرا کرد.

نتایج تستهای ضربه انجام شده نشان میدهد که عملیات پسگرم در محدوده دمایی 510-650ºC میتواند باعث آسیب به تافنس فلز جوش و ناحیه HAZ گردد. میزان این آسیب به ترکیب شیمیایی، دمای عملیات و مدت زمان قرار گرفتن قطعه در آن دما بستگی داشته و اثر مخرب آن با کاهش سرعت سرد کردن افزایش میابد.

همچنین هنگامی که جوش این فولادها تحت عملیات پسگرم بالاتر از 510ºC قرار میگیرد- مانند بسیاری فولادهای دیگر- ممکن است در ناحیه درشت دانه شده HAZ ترکهای بین دانه ای ایجاد شود. ترکهای بین دانه ای که در اثر تنش بالا ایجاد میشوند اغلب در مراحل اولیه عملیات پسگرم اتفاق می افتند. امکان ایجاد این ترکها با افزایش میزان مهار جوش (Weld Restraint) و شدت تمرکز تنش بالا میرود. عناصر کرم، مولیبدن و وانادیوم عوامل اصلی در ایجاد این ترکها هستند ولی عناصر کاربیدزای دیگر نیز به این قضیه کمک میکنند. رسوب کاربیدها در دمای بالا در خلال اجرای عملیات پسگرم تعادل بین مقاومت به لغزش مرزدانه ها و مقاومت به تغییر فرم را در دانه های درشت ناحیه HAZ بر هم میزند. این پدیده قبلا بطور کاملتر توضیح داده شده است (رجوع کنید به مطلب مرتبط). این ترکها به نامهای ترکهای بازگرمایشی (Reheat Crack)، ترکهای آزادکننده تنش (Stress Relife Crack) و ترکهای تنشی (Stress Rapture Crack) شناخته میشوند. برای کاهش احتمال ایجاد این ترکها در مواردی که انجام پسگرم الزامی باشد میتوان از روشهای زیر استفاده کرد:

فولادهای A514/A517 یک گروه از فولادهای سازه کونچ و تمپر شده با ترکیبی از خواص مکانیکی مناسب هستند. مهمترین این خواص استحکام تسلیم بالا (حداقل استحکام تسلیم 90-100 ksi )، جوشپذیری و تافنس خوب در دماهای پایین میباشد. استفاده از این فولادهای پر استحکام باعث کاهش هزینه و افزایش راندمان میگردد. هرچند جوشپذیری این فولادها خوب است اما برای ایجاد یک اتصال موفق باید به برخی نکات مهم توجه داشت. از جمله مهمترین این نکات عملیات پسگرم میباشد. منظور از عملیات پسگرم در این نوشتار، عملیات حرارتی پس از جوشکاری در دمای بالاتر از 370ºC و کمتر از دمایی است که سازنده برای تمپر کردن این فولاد استفاده نموده است. بطور کلی این فولادها نباید تحت عملیات پسگرم قرار بگیرند چرا که ممکن است در اثر این عملیات، تافنس در ناحیه جوش و HAZ کاهش یافته و یا ترک در قطعه ایجاد شود.

عناصر آلیاژی که برای دستیابی به استحکام و تافنس بالا در این فولادها بکار رفته در اثر عملیات پسگرم تاثیر عکس بر خواص خواند داشت. عملیات پسگرم برای این فولادها-مانند سایر فولادها- تنها زمانی میتواند انجام شود که از مفید بودن آن اطمینان حاصل شده و آثار مخرب احتمالی آن قابل کنترل باشد.بهرحال در برخی موارد لزوم اجرای عملیات پسگرم غیر قابل انکار است. بخصوص در مواردی که امکان ایجاد ترک یا ترک خوردگی تنشی (SCC) در اثر تنشهای باقیمانده از جوش یا کار سرد روی قطعه وجود داشته و یا تافنس قطعه در اثر جوشکاری یا کار سرد کاهش یافته باشد. در این گونه موارد باید بررسی دقیقی صورت گیرد تا بتوان عملیات پسگرمی موفق و با کمترین احتمال آسیب اجرا کرد.

نتایج تستهای ضربه انجام شده نشان میدهد که عملیات پسگرم در محدوده دمایی 510-650ºC میتواند باعث آسیب به تافنس فلز جوش و ناحیه HAZ گردد. میزان این آسیب به ترکیب شیمیایی، دمای عملیات و مدت زمان قرار گرفتن قطعه در آن دما بستگی داشته و اثر مخرب آن با کاهش سرعت سرد کردن افزایش میابد.

همچنین هنگامی که جوش این فولادها تحت عملیات پسگرم بالاتر از 510ºC قرار میگیرد- مانند بسیاری فولادهای دیگر- ممکن است در ناحیه درشت دانه شده HAZ ترکهای بین دانه ای ایجاد شود. ترکهای بین دانه ای که در اثر تنش بالا ایجاد میشوند اغلب در مراحل اولیه عملیات پسگرم اتفاق می افتند. امکان ایجاد این ترکها با افزایش میزان مهار جوش (Weld Restraint) و شدت تمرکز تنش بالا میرود. عناصر کرم، مولیبدن و وانادیوم عوامل اصلی در ایجاد این ترکها هستند ولی عناصر کاربیدزای دیگر نیز به این قضیه کمک میکنند. رسوب کاربیدها در دمای بالا در خلال اجرای عملیات پسگرم تعادل بین مقاومت به لغزش مرزدانه ها و مقاومت به تغییر فرم را در دانه های درشت ناحیه HAZ بر هم میزند. این پدیده قبلا بطور کاملتر توضیح داده شده است (رجوع کنید به مطلب مرتبط). این ترکها به نامهای ترکهای بازگرمایشی (Reheat Crack)، ترکهای آزادکننده تنش (Stress Relife Crack) و ترکهای تنشی (Stress Rapture Crack) شناخته میشوند. برای کاهش احتمال ایجاد این ترکها در مواردی که انجام پسگرم الزامی باشد میتوان از روشهای زیر استفاده کرد:

1- رعایت دقیق میزان پیشگرم و کنترل حرارت ورودی حین جوشکاری با استفاده از تکنیکهای مناسب.

2- انتخاب طرح اتصال، محل جوشکاری و ترتیب آن بگونه ای که میزان مهار بودن جوش به حداق برسد.

3- طراحی اتصال و شکل گرده نهایی بگونه ای که حداقل تمرکز تنش ایجاد شود.

4- استفاده از فلز جوشی که استحکام آن در دمای عملیات پسگرم کمتر از استحکام ناحیه HAZ فلز پایه باشد.

5- پوشش دادن و یا لایه کشی ناحیه پنجه جوشهای گوشه توسط یک یا چند لایه جوش بصورت حلقه زنجیری. برای اینکار باید از فلز جوش با استحکام کم استفاده شود.

6- چکش زنی ناحیه جوش به منظور کاهش تنشهای پسماند در آن.

لازم به ذکر است که اجرای هیچکدام از موارد فوق به تنهایی یا بصورت ترکیبی متضمن حذف کامل احتمال ایجاد ترک در موارد عملی نمیباشد، بلکه تنها کاهش دهنده این احتمال است.

درصورت اجرای عملیات پسگرم، دمای آن نباید از دمای تمپرینگ تولید کننده فلز بالاتر باشد. پسگرم در دمایی حدود 10ºC کمتر از دمای تمپرینگ تولید کننده از کاهش استحکام فولاد جلوگیری میکند. همچنین توصیه میشود که قطعات جهت بررسی وجود ترک قبل و بعد از عملیات پسگرم تحت تستهای غیر مخرب قرار گیرند.

گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهایی که  با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنایی به شمار می آید.در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایرن به ناگهان سر از زمین برآورد.گسیل سرمایه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگیرد.از طرف حجم عظیم ساخت و ساز نیروز انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید.تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که  باید از کیفیت  مطلوبی برخوردار نباشد.تخریب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجیل موید پایین بودن کیفیت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل  دخیل  در طرح  و ساخت سازه های  فولادی اتصالهای جوشی از نارساییهای بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان  به صورت زیر بیان نمود:

گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهایی که  با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنایی به شمار می آید.در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایرن به ناگهان سر از زمین برآورد.گسیل سرمایه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگیرد.از طرف حجم عظیم ساخت و ساز نیروز انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید.تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که  باید از کیفیت  مطلوبی برخوردار نباشد.تخریب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجیل موید پایین بودن کیفیت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل  دخیل  در طرح  و ساخت سازه های  فولادی اتصالهای جوشی از نارساییهای بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان  به صورت زیر بیان نمود:

1-    عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها  و دستورالعملها
 در بسیاری از موارد طرز اجرای متداول جوش باجزییات ارایه شده در آیین نامه تطابق ندارد.این موارد ناشی از موارد متعددی است که از میان آنها به موارد زیر می توان اشاره کرد:
الف) آشنا نبودن مهندسین سازه به مسایل اجرایی و در نتیجه ارایه نقشه ها و جزییات غیرقابل اجرا
 ب) گران تر بودن هزینه اجرای جزییات آیین نامه نسبت به روش سنتی اجرا
 پ)آگاه نبودن کارفرما و یا مهندس مجری طرح به جزییات آیین نامه و عدم توانایی در تمیز دادن حالات مختلف از یکدیگر
بعد از اجباری شدن آیین نامه2800(1368) اهمیت وجود سیستم مقاوم در برابر زلزله از یک طرف و محدودیتهای معماری برای استفاده از سیستم مهاربندی از طرف دیگر باعث استفاده روزافزون از سیستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمانها شد.در این سیستم اتصال تیر به ستون از نوع  گیردار بوده یعنی باید توانایی انتقال برش و لنگراز تیر به ستون وجود داشته باشد.در این نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زیرسری که در محل اتصال به ستون برای ایجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود. اما از آنجاییکه متاسفانه عملیات جوشکاری در محل کارگاههای ساختمانی و نه در محل کارخانه صورت می گیرد کنترل  کیفیت جوش بخصوص در هنگام  مونتاژ درارتفاع زیاد از سطح زمین حتی به صورت عینی(Visual)  امکان پذیر  نمی  باشد. همچنین معمولا در محل  اتصال   ورق به ستون به جای  جوش نفوذی از  جوش گوشه استفاده می شود در نتیجه هنگام زلزله این نقاط  علاوه بر تحمل نیروی کمتر در   حالت تردشکن گیسخته خواهد شد. زمانی که در یک عضو فشاری ازدومقطع در کنار یکدیگر استفاده می شود باید هم پایداری کل عضوبه عنوان یک المان و هم پایداری تک تک مقاطع کنترل شود تاخیچکدان تحت تاثیر نیروی فشاری به طور جداگانه دچار کمانش نشوند.برای این منظور این مقاطع باید در فواصل مشخص به یکدیگر متصل شوند تاطول آزاد آنها کاهش یابد. بسیاری از اوقات بادبندهای دوبل در طول خود به یکدیگر وصل نمی شوند و در نتیجه دومقطع بایکدیگر عمل نمیکنند و بار بحرانی عضو کمتر از مقداری است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداکثر فاصله بین جوش دومقطع در ستونهای ترکیبی را مقرر نموده است.اما در موارد زیادی مشاهده می شود که فاصله بین جوش ستونها بیشتراز این مقدار است.

2-    کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان
یکی از مهمترین اشکالات موجوددر اجرای ساختمانهای فولادی در کشور کیفیت پایین جوشکاری ساختمان می باشد.عوامل مختلفی در این امر تاثیر می گذارند.استفاده ازجوشهای کارگاهی حتی در مورد جوشهای نفوذی و اجرای کل جوشکاری درکارگاه ساختمانی و استفاده از نیروی انسانی غیرمجرب از عولمل اصلی پایین آمدن کیفیت جوشکاری ساختمان می باشد.در نتیجه عوامل برشمرده شده مشکلات عدیده ای گریبانگیر اتصالات جوشی می باشد.
در بسیاری از  موارد سطح فلز در حال جوش آلوده به روغن یا مواد نامناسب دیگر است و یا اینکهروی فلززنگ زده یا رنگ خورده جوش داده می شود.گاه در فاصله بین پاسهای متوالی جوش حتی از جدا نموده گل جوش نیز خودداری می شود و یابدون برداشتنگل جوشکاری اقدام به زدن رنگ ضدزنگ می شود.از انواع جوشهایی که در کارهای ساختمانی بسیار از آن استفاده می شود جوش سربالا می باشد. به علت سختی اجرا در غالب موارد این نوع جوش از کیفیت پایینی برخوردار است. در بسیاری از موارد در اثر استفاده از تکنیکهای نامناسب جوشکاری نقایصی چون تابیدگی و پیچش در قطعات اتفاق می افتد.
عیوبی نظیر نفوذ ناقص  بریدگی کناره جوش  اختلاط سرباره  تخلخل و وجود ترک درفلز مادر  باعث کاهش ظرفیت باربری قطعات می شود. یکی از متداولترین اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی تیرهای لانه زنبوری می باشد.بسیاری از مجریان طرح این تیرها را در وضعیت نامطلوبی در کارگاه  ساختمانی مونتاژ می کنند. در بسیاری از موارد جوش میانی تیر از کیفیت پایینی برخورداراست و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت و تقویتهای لازم درمجل تکیه گاه تیر و وسط آن صورت نمی پذیرد. متاسفانه طراحی و اجرای پلکانهای فولادی در ساختمانها نیز از کیفیت پایینی برخوردار است و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول  نمی شود.

3-    نبود  نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
 با توجه به اهمیتی که شهرداری برای مسایلی از قبیل پارکینگ و نورگیرها و مسایلی از این دست قایل است مشاهده می شود که بیشتر توجه مهندسان نیز به این امور معطوف می باشد و توجه چندانی به مسایل سازه ای نمی شود.البته باید به این نکته نیز اشاره  شود که به علت عدم وجود آموزش جوشکاری در واحدهای درسی دانشجویان عمران مهندسینی که از دانشگاه فارغ التحصیل می شوند در این زمینه دارای اطلاعات کافی نیستند و به عنوان مهندس ناظر نمی توانند مسوولیت خود را به نحواحسن انجام دهند.البته باید به این موارد مساله سختی کار را نیز افزود.به علت جوشکاری در ارتفاع غالب مهندسین از انجام بازدید از این جوشها طفره می روند. در نهایت امر اینکه آنطور که از ظواهر امر مشخص است شهرداریها نیز در این زمینه کوچکترین نقشی ایفا نمی کنند و هیچگونه نظارتی بر اجرای ساختمانها ندارند.

4-    عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
بسیاری از کارفرمایان عمل طراحی سازه و ایجاد تمهیدات مقابله با زلزله  را یک امر زاید می دانند و تلاش می کنند  تا کمترین هزینه ممکن را صرف این  کار نمایند.از طرف دیگر شهرداریها کمترین نظارتی بر طرح و اجرای سازه ها نداشته فقط به مسایل معماری دقت می کنند. این عوامل دست به دست هم می دهد تا فقط حق امضای مهندسین سازه اهمیت داشته باشد و طرح از حداقل اهمیت برخوردار باشد به خاطر همین موضوع  مهندسین سازه  اغلب کمترین وقت را صرف این عمل می نمایند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشی نبذول نمی شود. بعضی اوقات از اتصالات طرح شده برای یک ساختمان در نقشه های دیگر ساختمانها استفاده می شود. در بسیاری از موارد جزییات اتصالات  موجود در نقشه ها نامفهوم بی دقت و ناقص است.

جوشکاری اولتراسونیک پلاستیک‌ها جوشکاری اولتراسونیک شامل استفاده از انرژی صوتی با فرکانس بالا برای نرم کردن و ذوب کردن ترموپلاستیک‌ها در منطقه جوش است. قسمت‌هایی که باید به یکدیگر جوش داده شوند زیر فشار روی هم نگه داشته شده و تحت ارتعاشات اولتراسونیک با فرکانس ۲۰ تا ۴۰ کیلو هرتز قرار می‌گیرند. موفقیت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می‌شوند بستگی دارد. از آنجا که جوشکاری اولتراسونیک بسیار سریع است (کمتر از ۱ ثانیه) و قابلیت اتوماسیون دارد به طور وسیع از آن در صنعت استفاده می‌شود. برای تضمین سلامت جوش طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است. با طراحی مناسب از این روش می‌توان در تولید انبوه استفاده کرد.

١) تجهیزات

یک ماشین جوشکاری اولتراسونیک شامل اجزای زیر است: یک منبع تغذیه، یک مبدل، یک آمپلی فایر تقویت کننده به نام بوستر، یک وسیله تولید صدا یا شیپوره (horn) منبع تغذیه فرکانس برق شهر ۵۰-۶۰ هرتز را به ۲۰-۴۰ کیلو هرتز می‌رساند. این انرژی به مبدل می‌رود و در مبدل دیسک پیزو الکتریک انرژی الکتریکی را به ارتعاش در فرکانس اولتراسونیک تبدیل می‌کند. اغلب ماشین‌های اولتراسونیک در فرکانسی بالاتر از ۲۰ کیلو هرتز کار می‌کنند و صدایی تولید می‌کنند که گوش انسان قادر به شنیدن آن نیست اما برخی از این ماشینهای (مخصوصا دستگاه‌های با توان بالا) فرکانسی معادل ۱۵ کیلوهرتز دارند. امواج تولید شده در مبدل به بوستر رفته و دامنه آن تا حد دلخواه افزایش پیدا می‌کند و سپس در شیپوره (که یک وسیله صوتی مکانیکی است) امواج صوتی مستقیماً به قطعه کار منتقل می‌شود. همچنین شیپوره نقش اعمال فشار بر روی قطعه را نیز بر عهده دارد.بعد از انتقال امواج صوت به قطعه کار در منطقه اتصال در اثر اصطکاک زیاد این انرژی تبدیل به گرما شده و باعث نرم شدن و ذوب پلاستیک و به وجود آمدن جوش می‌شود.

٢) مزایا و محدودیتها

مزایای این روش عبارت‌اند از : - راندمان بالا - تولید بالا با قیمت پایین - سهولت در اتوماسیون - سرعت جوش بالا - تمیز بودن آن

مهم‌ترین محدودیت این روش محدودیت در انرژی اعمالی و کوچک بودن عرض شیپوره (کمتر از ۲۵۰ میلی متر) است و در نتیجه طول جوشی که به وجود میآید کوچک است. موارد استفاده از جوش التراسونیک ترموپلاستیک‌ها : - جوشکاری ساده یک اتصال - جاسازی یک قطعه در قطعه‌ای دیگر همرا با اتصال بین آن دو - جوش نقطه‌ای ورق‌ها و صفحات پلاستیکی

صنایعی که این نوع جوشکاری در آن کاربرد دارد : - استفاده در صنعت بسته بندی - استفاده در صنعت اتومبیل سازی - استفاده در صنعت پزشکی - استفاده در صنعت اسباب بازی - صنایع مرتبط دیگر

در این مقاله به یکی از تکنیک‌های جدید جوشکاری به نام جوشکاری انفجاری (Explosive welding) فلزات همسان و غیرهمسان پرداخته می‌شود. مکانیزم این نوع جوشکاری و پارامترهای اساسی آن تشریح و در ادامه مزایا و معایب این نوع جوشکاری بررسی می‌شود. همچنین با اشاره به برخی از کاربردهای این روش در صنعت، مواد منفجره‌ای که می‌توان از آنها استفاده کرد، مورد بررسی قرار می‌گیرد.
جوشکاری؛ یکی از تکنیک‌های اساسی اتصال موادجوشکاری یکی از تکنیک‌های اصلی اتصال مواد محسوب می‌شود. تحلیل علمی و فنی جوشکاری با تکیه بر فرایندهای مختلف آن و به ویژه در مورد قطعات فولادی، یکی از موارد مهمی است که در زمینه طراحی اتصالات می‌تواند مورد توجه قرار گیرد. برای جوشکاری و اتصال دو فلز باید آنها را آن قدر به یکدیگر نزدیک کرد تا فاصله‌شان کمتر یا برابر با فاصله تعادل بین اتمی شود (کمتر از 10 آنگسترون) به این منظور باید سطوح از هر گونه اکسید یا مواد خارجی پاکیزه شود که دستیابی به چنین درجه‌ای از پاکیزگی از راه‌های متداول مکانیکی و شیمیایی میسر نیست. (اکسیداسیون)
در روش‌های مختلف جوش ذوبی، ذوب نسبی اجزا در یک ناحیه مشترک رخ می‌دهد، مواد زاید به سطح مذاب رانده می‌شود و در پروسه انجماد، اتصال متالورژیکی بین اجزا فراهم می‌آید.

جوشکاری انفجاری یک جوشکاری حالت جامد است که در آن از انفجار یک ماده منفجره کنترل شده استفاده می‌شود تا دو فلز در فشار بالا به هم متصل شوند و سیستم مرکب حاصل، یک اتصال متالورژیکی پایدار است. اولین مشاهدات این روش طی جنگ جهانی اول، زمانی که ترکش‌های بمب‌های منفجر شده به مواد فلزی اصابت می‌کرد، دیده شد.

در این مقاله به یکی از تکنیک‌های جدید جوشکاری به نام جوشکاری انفجاری (Explosive welding) فلزات همسان و غیرهمسان پرداخته می‌شود. مکانیزم این نوع جوشکاری و پارامترهای اساسی آن تشریح و در ادامه مزایا و معایب این نوع جوشکاری بررسی می‌شود. همچنین با اشاره به برخی از کاربردهای این روش در صنعت، مواد منفجره‌ای که می‌توان از آنها استفاده کرد، مورد بررسی قرار می‌گیرد.

 
جوشکاری؛ یکی از تکنیک‌های اساسی اتصال مواد
جوشکاری یکی از تکنیک‌های اصلی اتصال مواد محسوب می‌شود. تحلیل علمی و فنی جوشکاری با تکیه بر فرایندهای مختلف آن و به ویژه در مورد قطعات فولادی، یکی از موارد مهمی است که در زمینه طراحی اتصالات می‌تواند مورد توجه قرار گیرد. برای جوشکاری و اتصال دو فلز باید آنها را آن قدر به یکدیگر نزدیک کرد تا فاصله‌شان کمتر یا برابر با فاصله تعادل بین اتمی شود (کمتر از 10 آنگسترون) به این منظور باید سطوح از هر گونه اکسید یا مواد خارجی پاکیزه شود که دستیابی به چنین درجه‌ای از پاکیزگی از راه‌های متداول مکانیکی و شیمیایی میسر نیست. (اکسیداسیون)

در روش‌های مختلف جوش ذوبی، ذوب نسبی اجزا در یک ناحیه مشترک رخ می‌دهد، مواد زاید به سطح مذاب رانده می‌شود و در پروسه انجماد، اتصال متالورژیکی بین اجزا فراهم می‌آید.

جوشکاری انفجاری یک جوشکاری حالت جامد است که در آن از انفجار یک ماده منفجره کنترل شده استفاده می‌شود تا دو فلز در فشار بالا به هم متصل شوند و سیستم مرکب حاصل، یک اتصال متالورژیکی پایدار است. اولین مشاهدات این روش طی جنگ جهانی اول، زمانی که ترکش‌های بمب‌های منفجر شده به مواد فلزی اصابت می‌کرد، دیده شد.

روش
جوشکاری انفجاری تحت تاثیر ضربه مایل با سرعت بالا انجام می‌پذیرد که مکانیسم اساسی آن بر پایه اتصال مولکولی است. صفحه بالایی موسوم به صفحه پرنده تحت زاویه a نسبت به صفحه زیرین موسوم به صفحه ساکن توسط یک لایه ضربه‌گیر محافظت می‌شود. یک لایه از ماده منفجره به صورت ورقه و یا به شکل پودر، روی صفحه فلزی بالایی قرار می‌گیرد و چاشنی در انتهای پایینی عمل می‌کند و باعث می‌شود صفحه فلزی بالا با سرعت زیاد به سطح صفحه فلزی زیرین ـ که روی سندان قرار دارد ـ چسبیده شود.
پدیده تشکیل جت برای اتصال ضروری است و تحت شرایط خاصی که با سرعت صفحه فوقانی و زاویه برخورد در ارتباط است امکان‌پذیر می‌شود. لایه جهنده‌ای از ذرات مسطح دو فلز تشکیل می‌شود و به موازات رانده شدن آن از سیستم، دو صفحه در هم فشرده می‌شوند و اتصال در فاز جامد در طول فصل مشترک به وجود می‌آید. قشری از سطح دو صفحه پرنده و ساکن که معمولاً محل تجمع اکسیدها و ناخالصی‌های دیگر است، جدا می‌شود و در همسایگی نقطه Q که در آن فشار فوق‌العاده‌ای وجود دارد، دو صفحه عاری از اکسیدها و مواد ناخالصی به یکدیگر متصل می‌شوند و به این ترتیب جوش تشکیل می‌شود و توسعه می‌یابد. با توجه به (شکل 1) وجود حالت موجی در فصل مشترک صفحات پس از جوشکاری انفجاری با تهیه نمونه متالوگرافی و بررسی میکروسکوپی به سهولت قابل مشاهده است. وجود حالت موجی در فصل مشترک، معرف استحکام اتصال است و مکانیسم تنش‌های موجی (موج‌های تنش) را می‌توان عامل تشکیل آن دانست.
جوشکاری انفجاری برای اتصال ورقه‌های فلزی مقاوم در مقابل خوردگی به ورق‌های ضخیم و سنگین‌تر فلز پایه (عملیات روکش‌دهی)، به خصوص در مواردی که سطوح تماس وسیع باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتیجه کار، یک جوش دمای پایین است که در آن آرایش سطوح تماس به شکل یک سری موج‌های متداخل و متصل به هم است. (شکل 2) استحکام اتصال بسیار زیاد است و صفحاتی را که به این روش روکش داده شده‌اند، می‌توان تحت فرایندهای مختلف دیگر شامل کاهش ضخامت به وسیله نورد، قرار داد. از آنجا که این روش یک فرایند جوشکاری حالت جامد است، زوج‌های بسیار متنوعی از فلزات غیرهمجنس را به راحتی می‌توان با این روش به یکدیگر متصل کرد.

فرایند اتصال دو صفحه را می‌توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد:

الف) بروز انفجار

ب) تغییر شکل و شتاب یافتن صفحه پرنده

ج) برخورد بین صفحات پرنده و ساکن

 پارامترهای موثر در فرایند جوشکاری انفجاری عبارتند از:

الف) سرعت صفحه پرنده Vp

ب) سرعت نقطه تصادم Vc

ج) زاویه دینامیکی برخورد b

 1-     چون تشکیل جت از ذرات سطح دو صفحه برای اتصال ضروری است، زاویه b باید از حد مینیمم تجاوز کند.

2-     سرعت صفحه پرنده Vp و سرعت نقطه برخورد Vc باید کوچکتر از سرعت صوت در اجزای اتصال باشد.

3-     حداقل فشار ضربه لازم است تا انرژی کافی برای ایجاد اتصال به وجود آید. البته این انرژی نباید از مقدار بحرانی تجاوز کند؛ در غیر این صورت زمینه تشکیل نواحی مذاب را فراهم خواهد کرد.

4-     فاصله مناسبی را باید بین صفحات در نظر گرفت تا صفحه پرنده شتاب یابد و سرعت ضربه مورد نیاز تامین شود.

 
ماده منفجره

مقدار و جنس ماده منفجره در تعیین کیفیت جوش تاثیر بسزایی دارد. اگر میزان ماده منفجره از مقدار بحرانی کمتر باشد، سطوح جوش به دست آمده به صورت تخت خواهد بود و جوشی با مقاومت پایین به دست می‌آید و اگر بیشتر باشد سطوح جوش در هم فرو می‌روند و شکل موج مانند به خود می‌گیرند و استحکام جوش بالا می‌رود. اگر مقدار مواد منفجره بیش از اندازه باشد، سرعت انفجار بیش از 120 درصد سرعت صوت در فلزات می‌شود و امکان ذوب سطوح تماس پیش می‌آید. البته این در مواقعی باعث افزایش مقاومت جوش می‌شود. برای مثال در آلیاژ تیتانیم به فولاد ضد زنگ 304 (stainless steel 304) مقاومت برشی تا Mpa 480 افزایش می‌یابد.

سرعت انفجاری بعضی از مواد منفجره در (جدول 1) آورده شده است.

 
کاربردها

1-     یکی از روش‌های روکش، استفاده از فرایند جوشکاری انفجاری است که رشد روزافزونی دارد. جلوگیری از خوردگی و بهبود کیفیت، انتقال حرارت، افزایش مقاومت در مقابل تنش‌ها، بهبود خواص الکتریکی و... از ویژگی‌های این فرایند است.

2-     اتصال پره‌های سرمایی (سردکننده‌ها)

3-     اتصال فلزات غیرهمسان آلومینیم به استیل، مس به فولاد زنگ نزن (Stainless steel : همبستگی از آهن و کربن و کروم و منگنز با درصدهای 90 و 5/0 و 8 و 5/0، نقطـه ذوب C ْ1510 و چگالی 74/7)، تنگستن به استیل و جوشکاری فلزات آهن ـ مس، تیتانیم ـ آلومینیم، فولاد زنگ نزن ـ اینکونل (Inconel: همبستگی از نیکل و آهن و کروم با درصدهای 80 و 6 و 14 که قدرت زیادی در دماهای بالا دارد)، آلومینیم ـ‌ آهن و غیره

4-     کاربردهای دیگر در مخازن و فرایندهای شیمیایی، صنایع کشتی سازی و صنایع کریوژنیک و غیره

 
مزایا

1-     با جوشکاری انفجاری می‌توان بیشتر فلزات غیرهمسان را که در شرایط عادی قابل جوشکاری نیستند، به هم وصل کرد.

2-     کمبود حرارت از رفتارهای فلزی جلوگیری می‌کند.

3-     این فرایند ساده و قابل حمل و نقل است.

4-     ارزان و مقرون به صرفه است.

5-     به آماده کردن سطوح نیازی نیست.

6-     اندازه صفحه پایینی هیچ محدودیتی ندارد.

7-     اتصال یکپارچه قطعه را میسر می‌کند.

 
محدودیت‌ها

1-     فلزات باید مقاومت به ضربه و قابلیت شکل‌پذیری بالایی داشته باشند.

2-     صفحه بالایی (صفحه پرنده) نمی‌تواند خیلی بزرگ باشند.

3-     سر و صدا و جریان سریع هوا به حمایت کاربر به محفظه‌های خلائی نیاز دارد. (تدفین در شن یا آب)

4-     استفاده از مواد منفجره در مناطق صنعتی به علت سر و صدا و زمین‌لرزه‌های حاصل از انفجار محدود است.

 
نتیجه‌گیری

با استفاده از نیروی حاصل از انفجار، بر محدودیت های روش‌های متداول جوشکاری فائق می‌آییم و می‌توانیم بدون نیاز به تجهیزات ویژه برای برخی از مشکلات مربوط به صنایع شیمیایی، صنایع هوا و فضا و صنایع کشتی سازی راه‌حل‌های مناسبی جست و جو کنیم.

اتصال دو قطعه فلزی بر اثر ضربه تحت شرایط معینی از نظر سرعت ضربه و زاویه دینامیکی ضربه امکان‌پذیر است. هر گاه برخورد قطعات فلزی با استفاده از ماده منفجره صورت گیرد، شیوه اتصال را جوشکاری انفجاری می‌نامند. اتصال قطعات فلزی در فاز جامد تحت ضربه مایل و بدون نیاز به منبع حرارتی و ذوب ممکن است. هرگاه پارامترهای موثر بر فرایند به دقت کنترل شود، اتصال یا جوش انفجاری از کیفیت بسیار بالایی برخوردار خواهد بود.

موارد حاصل از جوشکاری انفجاری به طور مختصر عبارتند از:

1-     اتصال کامل سطحی فلزات همجنس و غیرهمجنس و تولید قطعات فلزی مرکب

2-     ایجاد پوشش مقاوم از فلزاتی نظیر تیتانیم بر سطح فولاد و تولید قطعات مرکبی که بتوانند درجه حرارت بالا و حملات شیمیایی را تحمل کنند و در برابر خوردگی و سایش مقاوم باشند.

3-     تولید مخازن دوجداره که سطح داخلی‌شان در برابر عوامل خورنده مقاوم و لایه بیرونی‌شان دارای استحکام مکانیکی لازم باشد.

4-     تولید لوله‌های استوانه‌ای دوجداره

5-     تولید ظروف دوجداره که در آنها از خواص متفاوت دو فلز بتوان بهره گرفت.

6-     اتصال لوله‌های فلزی به بدنه‌های فلزی

7-     اتصال لوله‌های همجنس و غیرهمجنس و تولید اتصالات مطمئن در صنایع شیمیایی و صنایع هوا و فضا.

 
منابع

1- CROSSLAND and WILLIAMS, J. D., “Explosive Welding”. Met. Rev. P. 79, 1970

2- KUDINOV, V. A. and KOROTEEV, in Russian, 1978

3- COWAN, G. R., BERGMANN, R. and HOLTZMAN, A. H., “Mechanism of Bond Zone Wave Formation in Explosive Clad Metals”, Met. Trans., 2, p. 3145, 1974.

4- REYD, S. R., A Discussion of the mechanism of Interface Wave Generation in Explosive Welding”, Int, Jnj. Sci, 16, p. 399, 1974.

5- Dr. R. S. Parmar, “Welding Engineering and Technology