امروز: جمعه 23 آذر 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
لینک دوستان
بلوک کد اختصاصی

بررسی قابلیت جوش پذیری و جوشكاری مس و آلیاژهای آن

بررسی قابلیت جوش پذیری و جوشكاری مس و آلیاژهای آن دسته: ساخت و تولید
بازدید: 3 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 1267 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 34

مس، اولین فلزی است كه توسط انسان مورد استفاده قرار گرفت پنج هزار سال پیش، یونانی ها و رومیان باستان، آن را از جزیره قبرس كنونی استخراج می كردند یونانیان آن را به نام كالكو (Chalco) و رومیان به نام آیس (Aes) می شناختند و چون از جزیره قبرس استخراج می شد آن را آیس سیپریم (Cypirum) نامیدند بعداً در زبان های مختلف اروپایی ، به دلیل تلفظ های متفاوت كلمه

قیمت فایل فقط 16,500 تومان

خرید

قابلیت جوش پذیری و جوشكاری مس و آلیاژهای آن

مس، اولین فلزی است كه توسط انسان مورد استفاده قرار گرفت. پنج هزار سال پیش، یونانی ها و رومیان باستان، آن را از جزیره قبرس كنونی استخراج می كردند. یونانیان آن را به نام كالكو (Chalco) و رومیان به نام آیس (Aes) می شناختند و چون از جزیره قبرس استخراج می شد آن را آیس سیپریم (Cypirum) نامیدند. بعداً در زبان های مختلف اروپایی ، به دلیل تلفظ های متفاوت كلمه، سپیریم شكل های متفاوتی به خود گرفت، به طوری كه امروز در انگلیسی آن را كوپر (Copper) و درآلمانی (Kupfer) و در فرانسه (‍Cuivre) می نامند.

این فلز، به دلیل سختی توأم با انعطاف پذیری، هدایت حرارتی و الكتریكی بالا، قبول عملیات مكانیكی گوناگون، شكل پذیری فوق العاده ، مقاومت در برابر خوردگی، رنگ های زیبا، غیرمغناطیسی بودن، قابلیت ریخته گری مناسب، لحیم كاری نرم و سخت، جوش پذیری، غیر سمی بودن، .... و نیز امكان تهیه آلیاژهای گوناگون در كنار سایر فلزات، به یك عنصر بسیار مفید و غیر قابل چشم پوشی در صنایع بشری آمده است.

مس با جرم اتمی 54/63 و ساختار (FCC) در 0c1083 ذوب می شود. این عنصر، به دلایل متالورژیكی، به عنوان حلال ترین فلز شناخته شده و به غیر از سرب، تقریباً كلیه عناصر با آن، قابلیت انحلال دارند.

از نظر شیمیایی، مس از فلزات نجیب به شمار آمده و در جدول تانسیون، پس از نقره قرار دارد. مس در مجاورت هوا و رطوبت، از یك قشر نازك اكسید مس كه مخلوطی از CuO و Cu2O است پوشیده می شود. این قشر نازك، بقیه فلز را از اكسیده شدن محافظت می كند. اگر این اكسیدها مدت زیادی در مجاورت هوا قرار گیرند و یا سطح مس به شدت اكسیده شود، رنگ مایل به سیاه، آن ، به تدریج به رنگ سبز كه مخلوطی از سولفات و یا كلرورهای قلیایی است تبدیل می شود كه آن را زنگار (Patina) می گویند. هوای محیط، در تشكیل این تركیبات بسیار مؤثر است. به طوری كه اكثراً در نواحی صنعتی، تركیبات سولفات به فرمول 3Cu(OH)2 و CuSo4 و در مجاورت دریاها تركیبات كلروری مثل 3Cu(OH)2 و CuCl2 به وجود می آید.

مس مذاب، قابلیت انحلال شدیدی برای گازهای مختلف دارد و این پدیده، هنگام انجماد به سرعت كاهش می یابد. مقدار حل شدن گازها در مس، به درجه حرارت و فشار جزیی گازها در محیط خارج بستگی دارد.

گازها در مس بیشتر به صورت بیشتر به صورت اتمی حل می شوند. مقدار حلالیت گازها را می توان به صورت رابطه  نمایش داد كه در آن C مقدار گاز حل شده بر حسب سانتی متر مكعب در هر 100 گرم فلز مس بوده، P فشار جزئی گاز در محیط خارج و K ضریب ثابتی است كه به درجه حرارت بستگی دارد. با توجه به رابطه بالا می توان نتیجه گرفت كه افزایش دما با افزایش K و در نتیجه افزایش مقدار گاز حل شده مذاب رابطه مستقیم دارد.

بررسی حلالیت گازها در مس و آلیاژهای آن

گازهایی مثل اكسیژن، هیدروژن و ... در مس قابل حل بوده و تأثیراتی بر آن می گذارد و كه بدین قرار است :

- حلالیت اكسیژن

اكسیژن، به صورت اتمی در درجه حرارت اوتكتیك 1065 درجه سانیتگراد حدود 009/0 درصد و درجه حرارت محیط حدود 002/0 درصد در مس قابل حل است. در صورتی كه مقدار اكسیژن، این حدود باشد، با مس وارد تركیب شده و اتكتیكی به صورت Cu-Cu2O با حدود 39/0 درصد اكسیژن تشكیل می دهد.

Cu-Cu2O شكل (1) دیاگرام تعادلی

شكل (2) حلالیت اكسیژن در مس

همانگونه كه از منحنی های شكل (1) و (2) مشخص است، تركیب اكسید فلزی Cu2O در درجه حرارت 1000 تا 1050 درجه سانتی گراد پایدار است. در درجه حرارت های پایین تر، این تركیب به CuO تبدیل می شود. بنابراین پس از جوشكاری، براساس یكی از واكنش های زیر، CuO در اثر سرد شدن تشكیل خواهد شد.

2Cu2O + O2   4 Cu2O

Cu2O     CuO +Cu

در اثر جوشكاری و در درجه حرارت های بالاتر از 1050 درجه سانتیگراد، Cu2O تجزیه شده و اكسیژن آزاد می كند كه در اثر فعل و انفعالات شیمیایی جانشینی با سایر عناسر موجود، تركیب شده و بخار آب و سایر اكسیدهای فلزی، تولید می كند.

همچنین در هنگام پیشگرم كردن و شروع جوشكاری در حرات های حدود 700 درجه سانتی گراد، مس با یك شعله سبز رنگ با اكسیژن محیط تركیب شده و CuO تولید می كند :

كه در درجه حرارت های بالاتر CuO  حاصله بهCu2O    تبدیل خواهد شد.

با توجه به این نتایج و بررسی انجام شده می توان گفت كه مقدار جذب اكسیژن در مس مذاب به زمان بستگی دارد و از این رو، برای محافظت مس مذاب از ورود اكسیژن، بهترین روش استفاده از جوشكاری با سرعت بالا و وجود گازهای محافظ حوضچه است.

حلالیت هیدروژن

هیدروژن در مس مذاب، در 1083 درجه سانتیگراد به میزان 6 سانتی متر مكعب در هر 100 گرم از فلز حل می شود ولی در حضور عناصر آلیاژی مثل قلع، روی یا آلومینیوم این حلالیت به شدت كاهش می یابد. به طور مثال ، در آْلیاژ مس با 10 درصد آلومینیوم، حلالیت هیدروژن تا 50 درصد كاهش می یابد. جذب هیدروژن توسط حوضچه مذاب از منابع مختلف مثل هوای محیط، مواد مصرفی، رطوبت و چربی و غیره انجام می گیرد. با انجماد مس نیز، میزان حلالیت آن تا حدود  كاهش می یابد. در صنعت مس، تأثیر هیدروژن چه در حالت مذاب و چه در حالت جامد، یكی از فاكتورهای مهم به حساب می آید. در حالت جامد، اگر مس در درجه حرارت های بالا با هیدروژن در تماس باشد، هیدروژن به دلیل دارا بودن شعاع اتمی بسیار كوچكتر نسبت به مس می تواند در مس نفوذ كرده و سپس تشكیل ملكول H2 بدهد و اگر در مس اكسیژن وجود داشته باشد، واكنش زیر حاصل خواهد شد :

بخار آب تولید شده بر خلاف هیدروژن، در مس نامحلول است و بنابراین در اطراف مرزدانه ها جمع و به علت تراكم و فشار زیادی كه ایجاد می كند، مرزدانه ها را سست، ضعیف و شكننده می كند. (3). این خاصیت خطرناك به هیدروژن تردی شهرت پیدا كرده، بنابراین در زمان جوشكاری باید از قطعات مسی و پر كننده هایی استفاده كرد كه قبلاً اكسیژن زدایی شده باشند.

شكل (3) هیدروژن تردی در مس

شكل (4) حلالیت هیدروژن در درجه حرارت های مختلف در مس

بر اساس آنچه گفته شد، نتیجه گرفته می شود كه معمولاً هیدروژن مازاد بر حلالیت، به دو صورت در مس بروز می نماید:

- هیدروژن ملكولی كه تحت تأثیر فشار داخلی و در جه حرارت مس مذاب انبساط یافته، و تخلخل های درشت در وسط جوش ایجاد می كند

- هیدروژن اتمی آزاد شده كه در اثر فعل و انفعلاتی تولید بخار آب می كند و در واقع تأثیر مشترك هیدروژن و اكسیژن را به قطعه مسی به صورت تخلخل های ریز و پراكنده، تحمیل می كند.

نكته آخر این كه در هر درجه حرارت، افزایش مقدار اكسیژن به تقلیل حلالیت هیدروژن و بالعكس منجر می شود. در نمودار شكل (5)  نسبت حلالیت اكسیژن و هیدروژن در مس مذاب در دمای حدود 1200 درجه سانتی گراد، نشان داده شده است.

شكل (5) حلالیت توأم اكسیژن و هیدروژن در مس مذاب

- حلالیت سایر گازها

در جوشكاری مس، گازهایی مثل نیتروژن و Co2 كلاً بی تأثیر بوده و حتی می توانند حوضچه مذاب را از گازهای ناخالص دیگر حفاظت نمایند. اما حضور گازهای گوگردی مثل SO2 ، علاوه بر ایجاد حباب های گازی و در نهایت تخلخل، با ایجاد سولفور مس Cu2S تأثیر زیادی در كاهش خواص مكانیكی مس خواهند داشت.

تأثیرات عناصر آلیاژی بر خواص جوش پذیری مس

عناثر آلیاژی مختلف، بر حسب خواص و شرایط خاص خود، تأثیرات گوناگونی بر خواص فیزیكی و مكانیكی مس به ویژه در حالت جوشكاری اعمال می كنند.

عناصر افزودنی برای بهبود قابلیت ماشینكاری مثل سرب، گوگرد و تلوریم

سرب مایع در داخل آلیاژهای مس، یكی از عیوبی است كه ناشی ازخروج سرب از شبكه كریستالی در آخرین مراحل انجماد است. در حقیقت وجود عناصری مثل سیلیسیم، آلومینیوم و گازهای محلول در مایع، باعث راندن سرب از داخل شبكه خواهد شد.

وجود گوگرد، تلوریم و حتی عناصری مثل سلینم و تیتانیوم، هرچند خواص ماشینكاری را افزایش می دهند، اما علاوه بر افزایش مقاومت الكتریكی، سبب سرخ شكنندگی (Redshortness) مس نیز می گردند و از این رو، در كاهش خواص جوش پذیری مس مؤثرند.

روی

روی یكی از عناصر آلیاژ كننده اصلی مس به شمار می آید. آنچه در این بحث قابل ذكر است، تأثیر شدید روی، بر افزایش قابلیت جوش پذیری مس است. نكته قابل توجه دیگر بخارات سمی است كه در حین جوشكاری تركیبات مس و روی متصاعد می شوند كه باید كاملاً مد نظر قرار گیرند.

قلع

به طور كلی قلع، در حدود 1 تا 10 درصد با افزایش حساسیت مس به بروز ترك های گرم، قابلیت جوش پذیری را كاهش می دهد. علاوه بر این، اكسید قلعی كه در جریان جوشكاری حاصل شده و به صورت پودر سفیدی در كناره های جوش دیده می شود، بسیار شكننده بوده و استحكام جوش را تا حد زیادی از بین می برد. تنها حسن وجود مقادیر ناچیز قلع، كاهش بخارات سمی در جریان جوشكاری مس محتوی روی است.

بریلیوم، آلومینیوم و نیكل

وجود مقدار كمی از بریلیوم در مس، باعث می شود كه خواص مكانیكی فلز حاصل با مس كاملاً متفاوت باشد. مقدار بریلیوم اضافه شده به مس، همواره از 2 درصد بیشتر و از 5/2 درصد كمتر است. زیرا اگر مقدار آن از 2 درصد كمتر باشد عملاً اثری روی خواص مكانیكی مس نداشته و اگر مقدار آن از 5/2 درصد تجاوز كند، آلیاژی شكننده به وجود می آید. خواص مكانیكی آلیاژ به عملیات حرارتی روی آن بستگی دارد. در هنگام جوشكاری باید با انتخاب صحیح نوع جریان و شدت قوس، لایه سخت اكسید برلیوم را از سطح آلیاژ زدود. مورد استعمال آلیاژ در مواقعی است كه به فلزی احتیاج باشد كه در هنگام ساختن جسم مورد نظر نرم و چكش خوار بوده و پس از ساختن جسم با انجام عملیات معینی بتوان آن را سخت كرد و جسم ساخته شده، خواص عالی مكانیكی داشته باشد. از مشخصات دیگر این آلیاژ، مقاومت عالی آن به خوردگی در مقابل هوا است.

نیكل در مس حل شده و باعث ریز شدن دانه ها می گردد. به طور كلی، نیكل سبب بالا رفتن استحكام كششی خواهد شد، بدون آن كه از مقدار فاز  بكاهد. این عنصر مقاومت به خوردگی آلیاژ را به خصوص در مقابل آب دریا بالا می برد. آلیاژ را به خصوص در مقابل آب دریا بالا می برد. مقدار نیكل در این آلیاژها در حدود 2 تا 7 درصد است. آلیاژهای مس- نیكل را می توان مورد عملیات حرارتی قرار داد. مهمترین خاصیتی كه این آلیاژ پیدا می كند، حفظ كردن سختی در حرارت های نسبتاً بالا تا حدود 500 درجه سانتیگراد و تغییر در انبساط حرارتی آن است. در هنگام جوشكاری این آلیاژها نیز برداشتن لایه اكسید نیكل سطح آلیاژ ضروری است كه البته زحمت بسیار كمتری نسبت به لایه اكسید برلیوم و آلومینیوم دارد.

آلیاژهای مس- برلیوم- نیكل دار، دارای خواص مكانیكی و هدایت الكتریكی بالاتری نسبت به آلیاژ دوتایی هركدام است. زیرا در این حالت، تركیب بین فلزی بین بریلیوم و نیكل به وجود آمده در نتیجه، عملیات حرارتی در توزیع این تركیب بین فلزی و افزایش بعضی خواص مكانیكی آلیاژ كاملاً مؤثر بوده و مورد لزوم است. این آلیاژها، در ساعت سازی دقیق برای ساختن رقاصك ساعت و فنرها به كار می روند و چون خاصیت مغناطیسی ندارند به فولادهای مشابه ترجیح داده می شوند.

آلومینیوم و مس دارای یك اتكتیك و یك اتكتوئید می باشند. فاز  در سرما و گرما چكش خوار بوده و آلیاژ تا 4/9 درصد آلومینیوم در سرما به صورت فاز  است. شبكه  در گرما چكش خوار بودهولی تا حرارت 565 درجه سانتیگراد پایدار است و پس از آن تجزیه می شود. بدین ترتیب، شبكه  در حالت تعادل در درجه حرارتی كمتر از 565 درجه نمی تواند وجود داشته باشد. وجود اتكوئید در دیاگرام تعادل دو فلز، امكان آب دادن آلیاژ را نشان می دهد و با آب دادن می توان شبكه  را خارج از دامنه پایدار بودن خود در سرما نیز به دست آورد. در حالت عادی، فاز  در درجه حرارت 565 درجه سانتیگراد تجزیه شده و تولید  می كند كه شبكه  كاملاً سخت و شكننده است.

آلیاژهای مس- آلومینیوم، محتوی تا 5 درصد آلومینیوم، دارای جوش پذیری خوبی هستند اما وقتی درصد آلومینیوم تا 10 درصد افزایش پیدا می كند، آلیاژها ترد و سخت می شوند. آلیاژهای مس- آلومینیوم اغلب به صورت چندتایی بوده و با خود مقادیری آهن، نیكل یا منگنز دارند. هر سه عنصر گفته شده تأثیرات تقریباً نزدیكی روی آلیاژ مذكور دارند.

خواص مكانیكی این آلیاژها، تقریباً شبیه فولادهاست اما از مقاومت به خوردگی بسیار بالاتری برخوردارند. برای جوشكاری این آلیاژها، برداشتن لایه اكسید آلومینیوم سطحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است، پس برای این منظور، استفاده از تمهیداتی كه در بخش جوشكاری آلومینیوم ذكر شد، توصیه شده است. فاصله حرارتی انجماد آلیاژهای مس و آلومینیوم عملاً بسیار كم بوده و در نتیجه انقباض متمركز حاصل در قطعه جوشكاری شده، نسبتاً عمیق خواهد بود و باید تدابیر لازم را در این مورد پیش بینی شود.

سیلیسیم

افزایش سیلسیم به مس باعث می شود كه مقاومت به خوردگی آلیاژ بالا برود. مقدار سیلسیم در حدود 4 درصد توصیه شده است. این آلیاژ، در مقابل اسیدها و آمونیاك كاملاً مقاوم است و دارای خواص مشابه با برنزهاست ولی قیمت آن خیلی ارزان تر و سیالیت و خواص جوش پذیری بالاتری دارد. به طور كلی، اگر مقدار سیلیسیم در آلیاژ كم باشد (حدود 1/0 تا 5/0 درصد) روی خواص الكتریكی مس اثر نكرده ولی باعث افزایش خواص مكانیكی خواهد شد.

سیلیسیم با نیكل، تركیب بین فلزی به فرمول Ni2Si می دهد كه به طور یكنواخت در مس پخش شده و سختی آلیاژ را به حدود 200 برینل می رساند در حالی كه استحكام كششی آن 60 تا 70 كیلوگرم بر میلی مترمربع خواهد بود. وجود مقادیری آهن نیز با ایجاد تركیب بین فلزی Fe2Si باعث بهبود خواص مكانیكی فلزی خواهد شد. سیلسیم علاوه بر این، یك اكسیژن زدای موفق است.

فسفر

این عنصر، خواص مكانیكی مس را تقویت كرده ولی از مقدار هدایت الكتریكی آن می كاهد. فسفر در اغلب آلیاژهای مس به عنوان اكسیژن زدا به كار می رود و به دلیل افزایش شدید سیالیت، باعث ایجاد سطوح غیر یكنواخت می شود، به خصوص در مورد آلیاژهای محتوی، سرب، عملاً قادر به انجام اكسیژن زدایی نیست. مقدار فسفر مورد لزوم، معمولاً 02/0 تا 05/0 درصد است و جز در مورد آلومینیوم برنز، در سایر آلیاژها كم و بیش مورد استفاده قرار می گیرد. محصول فعل و انفعال فسفر (P2O5) به صورت گاز، علاوه بر اكسیژن زدایی، در خروج گازهای محلول نیز مؤثر است ولی از طرف دیگر، حذف شرایط اكسیدی در مذاب، باعث افزایش جذب هیدروژن خواهد شد. پس از القاء فسفر به آلیاژهای مس، همواره باید با افزایش سرعت جوشكاری و حفاظت كامل حوضچه جوش همراه باشد، تا از نفوذ مجدد هیدروژن جلوگیری شود.

لیتیم

لیتیم عنصر دیگری است كه خاصیت اكسیژن زدایی آن تقریباً 10 برابر فسفر می باشد و علاوه بر احیاء اكسیدها، عمل اخراج گازهای محلول (هیدروژن) را نیز با تشكیل (هیدرورلیتیم) (LiH) تشدید می نماید. اشكال عمده فقط در نقطه ذوب LiO2 است كه در شرایط جوشكاری به صورت بخار در می آیند.

كادمیم

كادمیم تأثیر چندانی بر هدایت الكتریكی مس ندارد ولی خواص مكانیكی آن را افزایش می دهد. آلیاژهای مس محتوی بیش از 25/1 درصد كادمیم به دلیل تشكیل اكسید كادمیم و افزایش نقطه ذوب آلیاژ، مشكلات كوچكی را برای جوشكاری قوس الكتریكی پدید می آورند كه البته به سادگی مرتفع می شوند.

كرم

كرم عملاً بر خواص مقاومت الكتریكی مس تأثیری نداشته ولی خواص مكانیكی آن را افزایش می دهد. این عنصر، مانند برلیوم و آلومینیوم تولید اكسید مقاومی در سطح مس مذاب می كند. پس برای جوشكاری آلیاژهای مسی كه محتوی كرم هستند، استفاده از گازهای محافظ حوضچه توصیه می شود.

به طور كلی، خاصیت هدایت الكتریكی و خواص مكانیكی، دو عامل متضاد بوده و عناصر اضافه شده به مس، باعث تقویت یكی و كاهش دیگری خواهد شد. باید در نظر داشت كه هدایت الكتریكی مس خالص ماكزیمم بوده و اضافه كردن هیچ عنصری باعث بالا رفتن مقدار هدایت الكتریكی نمی شود.

آهن و منگنز

آهن اغلب به عنوان عنصر كمكی در آلیاژهای مس- آلومینیوم، مس- نیكل، برنج ها و برنزهای آلومینیوم به میزان 4/1 تا 5/3 درصد وجود دارد. آلیاژهای آهن دار، مس، نیازی به عملیات حرارتی بعدی ندارند زیرا وجود آهن سبب ریزدانه شدن آلیاژ شده و با تغییر در ساختار، تأثیر سرعت سرد شدن مذاب بر خواص مكانیكی را تقلیل می دهد. بنابراین وجود آهن به این مقدار تأثیری بر خواص جوش پذیری فلز ندارد.

منگنز در مس اثراتی مشابه اثرات نیكل دارد اما مقدار این تأثیرات، به مراتب كمتر است، بنابراین وجود منگنز در مقادیر 2 تا 3 درصد بر خواص جوش پذیری آلیاژهای مس تأثیری ندارد. 

قیمت فایل فقط 16,500 تومان

خرید

برچسب ها : بررسی قابلیت جوش پذیری و جوشكاری مس و آلیاژهای آن , بررسی حلالیت گازها در مس و آلیاژهای آن , حلالیت اكسیژن در مس

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر