شمع های حرارتی-دمای بين پاسی

شمع های حرارتی که در صنعت به اشتباه به گچ حرارتی معروف شده اند، موم هایی هستند که بصورت قلم طراحی و ساخته شده و به دو دسته تقسیم میشوند:
دسته اول موم هایی با دمای ذوب مشخص که هنگامی که به دمای مشخص شده میرسند ذوب میشوند. این گروه رایج ترین نوع شمع های حرارتی مورد استفاده در عملیات جوشکاری میباشند و به نام تجاری TempilStick معروف شده اند.
دسته دوم موم هایی هستند که پس از رسیدن به دمای مشخص شده برای آنها، رنگشان تغییر میکند. این تغییر رنگ برگشت پذیر نیست. این گروه نیز به نام تجاری Thermochrome شناخته میشوند.
هرچند که این شمع ها دمای دقیق قطعه را نشان نمیدهند، ولی برای کنترل دما در عملیات جوشکاری بهترین گزینه میباشند چرا که در بازرسی و کنترل جوش عملا به کنترل حداقل و/یا حداکثر دما نیاز داریم که این شمع ها به خوبی از پس این کار برمیآیند.
نشان دما روی شمع حرارتی
شمع های حرارتی برای دماهای متفاوتی تولید شده اند. محدوده دمایی این شمع ها از 38°C تا 1370°C را پوشش میدهد. عمر مفید این شمع ها سه سال از تاریخ بسته بندی میباشد.
طریقه استفاده از این شمع ها بسیار ساده است. کافیست با استفاده از این شمع ها در منطقه ای که میخواهیم کنترل دمایی انجام شود، اثری روی سطح ایجاد کنیم.پس از آنکه دمای آن منطقه به دمای مشخص شده رسید، تغییرات اثر شمع به وضوح دیده خواهد شد.
برای تمیزکاری سطح قطعه از اثر شمع باقیمانده درصورت نیاز، برای شمع های با دمای ذوب تا C°343 میتوان از آب یا الکل استفاده کرد ولی برای شمع های با دمای بالاتر فقط از آب استفاده میشود. در صورت جذب شدن شمع در سطح قطعه باید از روشهای سایشی مناسب بهره برد.
کاربرد شمع حرارتی
اما قبل از توصیف چگونگی کنترل دما بوسیله این شمع ها در عملیات جوشکاری باید نکات زیر را مد نظر قرار داد:
1- درصورت لزوم به پیشگرم در عملیات جوشکاری، مقدار دمای آن در دستورالعمل جوش بصورت حداقل نشان داده میشود. نکته مهم در زمینه پیشگرم اینست که دمای قطعه کار تا پایان عملیات جوشکاری نباید از حداقل پیشگرم کمتر شود. بسیاری بر این باورند که پس از گرم کردن اولیه قطعه قبل از جوشکاری تا دمای پیشگرم، دیگر نیازی به کنترل آن نیست چرا که حرارت ورودی حاصل از جوشکاری برای نگهداری دمای قطعه و یا حتی گرمتر کردن آن کفایت میکند. این موضوع برای قطعات با ضخامت پایین صدق میکند، ولی در قطعات ضخیم، حرارت جوشکاری برای حجم زیاد ماده کفایت نکرده و دمای قطعه حین جوشکاری بتدریج کاسته شده و ممکن است از دمای پیشگرم کمتر شود. لذا کنترل دمای پیشگرم در سرتاسر عملیات جوشکاری الزامیست.
2- دردستورالعمل جوش برای کنترل حرارت ورودی و تاثیرات آن بر خواص جوش و ناحیه متاثر از حرارت، مقدار حداکثر دمای بین پاسی مشخص میگردد که حین جوشکاری دمای قطعه کار در فاصله مشخص از ناحیه جوش نباید از مقدار مشخص شده تجاوز نماید. این فاصله بسته به استاندارد کاربردی و ضخامت قطعه متفاوت است.
با توجه به نکات فوق الذکر برای کنترل میزان پیشگرم و دمای بین پاسی در جوشکاری، کافیست شمع هایی با درجه حرارت متناسب با مقادیر مشخص شده برای دمای پیشگرم و بین پاسی در دستورالعمل جوش برداشته و سطح فلز پایه را در فاصله استاندارد از ناحیه جوش بطور متناوب تست نماییم. در طول عملیات جوشکاری باید اثر شمع مربوط به پیشگرم ذوب شود ولی اثر شمع مربوط به دمای بین پاسی باید همواره جامد باقی بماند.
در دماهای بالاتر از 371°C و یادر حرارت دهی های طولانی، اثر شمع روی سطح قطعه تبخیر شده و از بین میرود. همچنین امکان ایجاد اثر جامد روی سطوح صیقلی با شمع های خشک وجود ندارد، لذا عملیات کنترل دما باید با اثرگذاری متناوب شمع روی سطح و در طول عملیات اجرا شود.
دمای بين پاسی
دمای بين پاسی عبارتست از دمای قطعه در ناحيه جوشکاری درست قبل از اعمال پاس دوم و يا بين هر دو پاس متوالی. در عمل حداقل دمای بين پاسی اغلب برابر است با دمای پيشگرم قطعه٫ هرچند که طبق تعريف اين مورد الزامی نميباشد.
اهميت دمای بين پاسی:
اهميت دمای بين پاسی از نظر تاثير بر خواص مکانيکيو ميکروساختار قطعه٫ اگر بيشتر از اهميت دمای پيشگرم نباشد از آن کمتر هم نيست. بعنوان مثال استحکام تسليم و استحکام کششی فلز جوش تابعی از دمای بين پاسی ميباشند. مقادير بالای دمای بين پاسی باعث کاهش استحکام فلز جوش ميشود. علاوه بر اين دماهای بين پاسی بالا اغلب باعث بهبود خواص ضربه و تافنس جوش ميشود. هرچند که در صورت افزايش اين دما به بالاتر از ۲۶۰ درجه سانتيگراد اين اثر عکس خواهد شد.
حداکثر دمای بين پاسی:
هنگامی که دستيابی به خواص مکانيکی مشخصی در فلز جوش مد نظر باشد٫ کنترل حداکثر دمای بين پاسی اهميت ويژه ای ميابد. درصورتيکه طراح حداقل استحکام را برای قطعه ای که ممکن است در اثر شرايط جوشکاری به دماهای بين پاسی بالايی برسد٫ مشخص کرده باشد٫ بايد حداکثر دمای بين پاسی نيز تعيين گردد. در غير اينصورت ممکن است استحکام جوش بشدت کاهش يابد.
کنترل حداکثر دمای بين پاسی همچنين در جوشکاری فولادهای کونچ و تمپر شده (مانند A514 ) نيز اهميت خاصی دارد. بدليل اينکه عمليات حرارتی خاصی روی اين فولادها اجرا شده است٫ دمای بين پاسی بايد در محدوده مجاز کنترل شود تا به خواص مکانيکی مورد نظر در فلز جوش و HAZ دست يابيم. البته کنترل حداکثر دمای بين پاسی در همه موارد الزامی نيست.
در مورد فلزات حساس٫ حداقل دمای بين پاسی بايد به حد کافی باشد تا از ايجاد ترک جلوگيری نمايد٫ در حاليکه حداکثر دمای بين پاسی نيز جهت دستيابی به خواص مکانيکی مناسب بايد کنترل شود. برای رسيدن به يک تعادل بين ايندو٫ پارامترهای زير نيز بايد مد نظر قرار گيرد: زمان بين اعمال پاسها٫ ضخامت فلز پايه٫ دمای پيشگرم٫ شرايط محيطی٫ خصوصيات انتقال حرارت و حرارت ورودی حين جوشکاری.
برای مثال جوشهايی با سطح مقطع کوچکتر طبيعتا دمای بين پاسی را افزايش ميدهند. بدين صورت که با ادامه عمليات جوشکاری دمای قطعه بدليل انتقال حرارت کمتر٫ بطور مداوم افزايش ميابد. بعنوان يک قانون کلی اگر سطح مقطع جوش کمتر از ۱۳۰ سانتيمتر مربع باشد٫ دمای بين پاسی در اثر اعمال هر پاس ( درصورت ثابت بودن سرعت عمليات ) افزايش ميابد. در حاليکه اگر سطح مقطع بيشتر از ۲۶۰ سانتيمتر مربع باشد٫ دمای بين پاسی در صورت عدم وجود منبع حرارتی ديگری٫ در خلال جوشکاری کاهش ميابد.
اندازه گيری و کنترل دمای بين پاسی:
يک روش پذيرفته شده برای کنترل دمای بين پاسی استفاده از دو شمع حرارتی يکی با دمای ذوبی برابر با حداقل دمای بين پاسی يا دمای پيشگرم و ديگری با دمای ذوبی برابر با حداکثر دمای بين پاسی ميباشد. جوشکار ابتدا ناحيه اتصال را گرم ميکند تا زمانی که شمع حرارتی اول ذوب شده و رسيدن به دمای پيشگرم را تاييد کند. پس از اينکه قطعه به دمای پيشگرم رسيد پاس اول اجرا ميشود. درست قبل از اعمال پاس دوم ( و پاسهای بعدی) حداقل و حداکثر دمای بين پاسی توسط شمعهای حرارتی در محلهای مناسب کنترل ميشود. بدين صورت که شمع اولی (با دمای ذوب کمتر) بايد ذوب شود (نشاندهنده رسيدن به حداقل دمای بين پاسی) در حاليکه شمع دوم ( با دمای ذوب بيشتر) نبايد ذوب شود ( نشاندهنده عدم عبور دمای بين پاسی از حداکثر تعيين شده). اگر شمع حرارتی مربوط به دمای ذوب کمتر ذوب نشود بايد حرارت بيشتری به قطعه اعمال گردد و درصورتيکه شمع حرارتی مربوط به دمای بيشتر ذوب شود بايد قطعه در هوای محيط به آهستگی سرد شود تا حدی که ديگر شمع دمای بالاتر ذوب نشده ولی شمع اولی ذوب شود. در اين هنگام ميتوان پاس بعدی را اعمال کرد.
محل اندازه گيری دمای بين پاسی:
محل اندازه گيری دمای بين پاسی در استانداردها مشخص شده است. بعنوان مثال در AWS D 1.1 و AWS D 1.5 چنين آمده که دمای بين پاسی بايد در فاصله ای حداقل برابر با ضخامت قطعه ضخيمتر ( اما نه کمتر از ۳ اينچ يا ۷۵ ميليمتر) در تمامی جهات از نقطه جوشکاری٫ اندازه گيری شود. اين حالت برای اندازه گيری حداقل دمای بين پاسی قابل درک است. اما وقتی کنترل حداکثر دمای بين پاسی نيز ضروری باشد٫ دمای ناحيه مجاور جوش ممکن است بسيار بالاتر از حد مشخص شده باشد. در اين حالت بهتر است دما در فاصله يک اينچی از کناره گرده جوش ( Weld Toe ) اندازه گيری شود. در موارد ديگری نيز صنايع خاص دستورالعملهای مخصوص به خود را دارند. بعنوان مثال در صنايع کشتی سازی٫ دمای بين پاسی معمولا در فاصله يک اينچی از کناره گرده جوش و در ۳۰۰ ميليمتر اول از نقطه آغاز جوشکاری اندازه گيری ميشود. در اين حالت خاص پيشگرم از طرف مقابل محل اندازه گيری اعمال ميشود تا از پيشگرم شده کامل ضخامت قطعه اطمينان حاصل شود.
نظرات ديگری نيز در مورد محل اندازه گيری دمای بين پاسی وجود دارد که بيشتر تجربی هستند. در مجموع همان فصله يک اينچی از کناره گرده جوش روش مناسبی بنظر ميرسد.