مقاله های معدن (39)

07 خرداد 1393 By

 

هیدرو به معنی آب و هیدرومتالورژی، علم و هنر انتقال فلزات از کانه های آنها به محیطهای آبی توسط روشهای شیمیایی و در ادامه استخراج آنها از این محیط ها می باشد. در حقیقت این علم به سه بخش ذیل تقسیم می شود:

هیدرومتالورژی، پیرومتالورژی و الکترومتالورژی

هیدرومتالورژی: (در بالا ذکر شد)

پیرومتالورژی به روش های حرارتی و الکترومتالورژی که به روش های الکترولیتی اطلاق می شود.

به طور کلی هیدرومتالورژی شامل دو مرحله مجزاء می باشد:

1-   انحلال انتخابی فلز از کانه یا فرآیند لیچینگ

2-   بازیابی انتخابی فلز از محلول، فرآیندی که شامل روش ترسیب می باشد.

حلالیت (اساسی ترین مفهوم در این بحث)

 حلالیت هر ماده در آب بستگی به قطبی بودن آب و پیوندهای هیدروژنی تشکیل شده از تجمع مولکولهای آب خواهد داشت.

قوانین عمومی

محلولهای آبی با پخش یکنواخت یک ماده در آب، بطوریکه هیچگونه واکنش شیمیایی (شکستن پیوندها و یا انتقال الکترون) رخ ندهد، تولید می شوند. قوانین عمومی حلالیت به شرح ذیل است:

گازها: مولکولهای کوچک موجود در آب مانند O2 و H2  با قرار گرفتن در حفره ها و نقاط خالی ساختمان آب حل می شوند. حلالیت این مولکولها کم بوده و با افزایش دما کاهش می یابند. زیرا نیروهای ضعیفی این مولکولها را در حفره ها و نقاط خالی نگه می دارند.

مولکولهای قطبی و غیر قطبی: مولکولهای قطبی مانند استون یا الکل و باز مانند NH3 با تشکیل پیوندهای هیدروژنی در آب حل می شوند. همچنین با توجه به سست بودن این پیوندها در مقابل ارتعاشات حرارتی، حلالیت آنها با افزایش دما  
کاهش می یابد. اسیدهای بی آب (غیر اکسیژن دار) مانند HCl که یک مولکول قطبی است ضمن واکنش متقابل با آب و تشکیل H3O+ و Cl- در آب حل می شوند. مولکولهای غیر قطبی مانند تتراکلرید کربن CCl4 یا بنزن C6H6 بعلت اینکه آب قادر به تشکیل پیوند هیدروژنی با این مولکولها نیست در آب غیر محلول می باشند.

و قوانین در مورد بلورهای یونی و غیر یونی: ....

 تعریف:

فرآیند لیچینگ یا (فروشست)، به استخراج یک ماده یا مجموعه ای از مواد خاص از ماده دربرگیرنده آن (سنگ، فلز) و انتقال آن به فاز مایع گفته می شود. این فرآیند بسته به مشخصات ماده دربرگیرنده فلز مورد نظر توسط حلالهای متفاوتی انجام می پذیرد. 

تعریف دیگر: به فرآیند استخراج یک جزء به صورت محلول از جامد با استفاده از یک حلال اطلاق می شود که در این رابطه یکی از دو هدف ذیل قابل دستیابی خواهد بود:

-      تجزیه کانه، کنسانتره یا محصولات متالورژیکی برای محلول کردن فلز موجود در آن

-  لیچینگ ترکیباتی (معمولاً کانیهای باطله) از یک کانه یا کنسانتره که به آسانی قابل حل باشد جهت تولید کنسانتره با غلظت زیاد. به عبارت دیگر روش بهره وری شیمیایی از یک کانه

تقسيم بندي ليچينگ بر اساس عامل ليچ کننده :

1-   ليچينگ اسيدي (اسيد سولفوريک، کلريک)

2-   ليچينگ بازي (سود، هيدروکيسد آمونيوم، هيدروکسيد کلسيم)

3-   ليچينگ با آب

4-   ليچينگ با باکتري

به 2 طريق اسيد را تصفيه مي کنيم

1-   رسوب ناخالصيها به طرق مختلف

2-   فيلتر کردن ناخالصيها

-         اگر دانه هاي جامد در محلول باشد مي توان توسط فيلتر جداسازي را انجام داد

-         اگر دانه هاي ناخالص حل شده و يون تشکيل دهند، توسط داروهايي آنها را رسوب مي دهيم

-         يکي از دلايل تصفيه و فيلتر آن مشکلات زيست محيطی می باشد

لیچ توسط اسیدها

اسيد کلريک:

مسائل و مشکلات آن سمي بودن کلر موجود در ترکيب مي باشد که با تصاعد آن موجب خطرناک شدن محيط مي شود.

ليچينگ برخي از کانيها توسط آن:

لیچ توسط بازها:

سعي بر آن مي شود که از ارزانترين آن استفاده شود، مثل شير آهک، هيدروکسيد کلسيم.

يکي از معروفترين روشهاي ليچينگ، ليچينگ بازي اکسيد آلومينيوم توسط سود مي باشد که بروش باير معروف است.

 

 

19 اسفند 1392 By

سعیده عسکرزاده                                                       19/12/92

فيروزه ايرانى گرانبهاترين و زيباترين فيروزه جهان است

فيروزه معدن 2500 ساله نيشابور ،گرانبهاترين و زيباترين فيروزه جهان است.

به گزارش روابط عمومى سازمان زمين شناسى کشور، محمد شهسوارى عضو ستاد سياست‌گذارى امور معدنى سنگ‌هاى قيمتى وزارت صنايع و معادن با بيان اين مطلب افزود :‌سابقه استخراج و کاربرد فيروزه در ايران به هفت‌هزار سال پيش برمى‌گردد که وجود يک مجسمه فيروزه‌اى از گوساله که عمرى بيش از هفت‌هزار سال دارد و در موزه لوور پاريس نگهدارى مى‌شود قدمت استخراج و فرآورى اين ماده معدنى باارزش را در ايران نشان مى‌دهد.

او گفت: در دنيا بهترين و باکيفيت‌ترين نوع فيروزه را با نام Persian Quality ( فيروزه ايرانى ) مى‌شناسند و ميزان مرغوبيت فيروزه‌هاى جهان را با فيروزه‌ ايرانى مى سنجند.
شهسوارى خاطر نشان کرد: عدم توجه و حمايت از فيروزه ايرانى سبب شده تا اين فيروزه جايگاه اصلى خود را از دست بدهد و فيروزه هاى‌ آمريکا،‌مصر و شيميايى به صورت قاچاق وارد کشور شود و پس از تراش توسط فيروزه‌تراشان مشهد به نام فيروزه ايرانى در دنيا به فروش برسد و بازار مشهد که محلى براى عرضه فيروزه نيشابور است به محلى تبديل شود تا فيروزه‌هاى ديگر کشور‌ها را با نام فيروزه نيشابور به مشتريان عرضه کند.

او خاطرنشان کرد : وفور فيروزه‌هاى آمريکايى در بازار مشهد باعث شده تا مشتريان در خصوص فيروزه ايرانى ترديد داشته باشند و اين سنگ قيمتى که يکى از نمادهاى کشور است و نام ايران را در بسيارى از نقاط جهان زنده کرده است به فراموشى سپرده شود.

شهسوارى افزود : توجه به سنگ‌هاى قيمتى و نيمه‌قيمتى کشور اشتغال فراوانى را به دنبال خواهد داشت لذا عدم سرمايه‌گذارى مناسب در اين خصوص فرصت‌هاى کسب درآمد و اشتغال را از اين صنعت سلب نموده است.

او ابراز اميدوارى کرد تا با جلوگيرى از ورود فيروزه‌هاى آمريکايى و غيرايرانى به کشور و هم‌چنين تبليغات گسترده‌ در داخل کشور و خارج ،فيروزه ايران به جايگاه واقعى خود در جهان باز‌گردد

 

15 بهمن 1392 By

تهیه کننده : عسکرزاده

 

سنگ معدنی آهن

 

 سنگ آهن نوعی سنگ حاوی رگه‌های آهن است که با جدا  کردن سنگ از آهن و ذوب کردن آن آهن بوجود می‌آید. Fe نماد شیمیایی آهن می باشد.

اين پايگاه اينترنتي در زمينه تجارت مواد معدني مخصوصا خريد و فروش سنگ آهن فعاليت داشته و هدف از ايجاد آن تسهيل در انتقال سفارشات و ارتباطات در بين همكاران عزيز مي باشد.  

 سنگ‌آهن يكي از فراوان‌ترين عناصر فلزي موجود در زمين است. اكسيد آن حدود 5 درصد از پوسته زمين را شامل مي‌شود. كاني‌هاي معدني رايج سنگ‌آهن عبارتند از هماتيت (Fe2O3) كه 70 درصد آهن داشته و مگنتيت ( Fe3O4 ) كه 72 درصد آهن دارد. ميانگين عيار آن در يك كاني آهن حدود 60 تا 65 درصد است، اما در رابطه با اين ماده اوليه مي‌توان به نكات زير اشاره كرد:

ـ بزرگ‌ترين معادن سنگ‌آهندر جهان در كشورهاي برزيل، استراليا، چين، هند، آمريكا و ايالات متحده قرار دارند. 

ـ ميزان موجود سنگ‌آهندر كل معادن جهان بالغ بر 800 ميليارد تن تخمين زده مي‌شود كه حاوي 230 ميليارد تن آهن است. 

ـ ميزان كنوني ذخاير سنگ‌آهن در جهان كه آماده بهره‌برداري هستند بالغ بر 160 ميليارد تن است. 

ـ سنگ‌آهن بر حسب ميزان عيار آهن و مقدار مواد تشكيل‌دهنده مطلوب يا زائد آن صرف‌نظر از آهن، در كيفيت‌هاي مختلف در بازار به فروش مي‌رسد. 

ـ از لحاظ خواص مكانيكي، كيفيت‌هاي مختلف سنگ‌آهن به خاكه يا ريز دانه (اندازه ذرات با قطر كمتر از 75/4 ميليمتر)، درشت دانه ( Lumb ) يا اندازه ذراتي با قطر بيشتر از 76/4 ميليمتر و گندله تقسيم‌بندي مي‌شوند. گندله‌ها از طريق فرآيند آگلومراسيون كاني‌هاي ريزدانه و كاني آهن تغليظ شده، توليد مي‌شوند و اندازه ذرات آنها 55/9 ميليمتر تا 16 ميليمتر است. 

ـ از سال 2003 به بعد ميزان تقاضاي جهاني براي سنگ‌آهن با نرخ سالانه بيش از 12 درصد افزايش يافت كه از دلايل عمده آن افزايش در ميزان مصرف سنگ‌آهن چين است، در حالي‌كه نرخ افزايش تقاضا در ديگر كشورها روند آهسته‌تري را داشت. 

در انتهاي سال 2010 هر تن سنگ‌آهن با قيمت 5/168 دلار در هر تن در بازارهاي جهاني به فروش رسيده و اين ميزان در ماه ژانويه سال 2011 با افزايش قابل ‌توجهي به 6/179 دلار در هر تن افزايش يافته است. در ماه فوريه هر تن سنگ‌آهن به قيمت 2/187 دلار در هر تن به فروش رسيد كه بالاترين ميزان قيمت اين محصول در چند ماه اخير است. در ادامه قيمت اين محصول نوساناتي داشته و در نهايت قيمت آن در ماه ژوئن به 9/170 دلار در هر تن رسيد.

مگنتیت

مگنتیت (Magnetite) با فرمول شیمیایی Fe3O4 از مجموعه کانی هاست و از واژه یونانی magnec بمعنای آهن ربا گرفته شده‌است. به سختی در HCl حل می‌شود. FeO: ۳۱٫۰۳٪ ، Fe2O ۳:۶۸٫۹۷٪ و ادخال‌های Ti , Mg , Mn V , Cr , Al برای اولین بار در سوئیس کشف شد و از نظر شکل بلور: اکتائدر، رنگ: سیاه، شفافیت: کدر(اپاک)، شکستگی: صدفی، جلا: فلزی - مات - چرب، رخ: ناقص- مطابق با سطح، سیستم تبلور: کوبیک (مکعبی) و در رده‌بندی اکسید است همچنین خاصیت مغناطیسی بسیار قوی و منشأ تشکیل آن ماگمایی - دگرگونی - دگرگونی مجاورتی - هیدروترمال - است.

خواص فیزیکی: جدایش هشت وجهی در بعضی نمونه ها . 6= H و 5.18= G . رنگ سیاه آهنی، رنگ خاکه سیاه، به شدت مغناطیسی است و می تواند به عنوان یا آهنربای طبیعی عمل کند که در این صورت به ان سنگ اهنربا می گویند.

سیماهای تشخیصی: عمدتا با خاصیت مغناطیسی شدید ، رنگ سیاه و سختی خود شناخته می شود. از فرانکلینیت مغناطیسی، به کمک رنگ خاکه تمیز داده می شود .

رخداد: مگنتیتیک کانی رایج است که به صورت افشان فرعی در بیشتر سنگهای آذرین وجود دارد. در برخی از انواع سنگها از راه فرآیند جدایش ماگمایی به عنوان یکی از سازاهای اصلی سنگ ، تشکیل شده و بنابراین توده های معدنی بزرگی را می سازد. این توده ها به شدت از تیتانیم غنی هستند . معمولا با سنگهای دگرگونی بلورین همراه بوده و لایه ها و عدسی های بزرگی می سازد . مگنتیتیک سازای رایج در سازند های اهن نواری رسوبی و دگرگونی پرکامبرین است و در این موارد احنمالا منشا رسوبی شیمیایی دارد. کاربرد: کانسنگ مهم آهن.

نام: احتمالا از منطقه مگنزیا مقدونیه گرفته شده است. براساس افسانه از پلینی از نام چوپانی به نام مگنس گرفته شده است. این چوپان با این مشاهده که میخ های کفش و حلقه فلزی ته عصای او به سمت زمین جذب می شد، برای نخستین بار این کانی را مونت آیدا کشف کرد.

گونه های مشابه: منزیوفریت، با ساختار اسپینلی معکوس، یک کانی کمیاب است که عمدتا در دودخانها یافت می شود. جاکوبسیت یک اسپینل معکوس و کانی کمیاب است که در لانگبان سوئد یافت می شود. اولواسپینل، FeTiO4 نیز با یک ساختار اسپینلی معکوس، گاهی اوقات به صورت قطره ها و تیغه های برون رستی در مگنتیت دیده می شود. 

هماتیت

هماتیت(به انگلیسی: Hematite ) با فرمول شیمیایی Fe2O3 از مجموعه کانی هاست و محلول در اسید کلریدریک تغلیظ شده - با آب و اسید کلریدریک تمیز می‌شود. Fe: ۶۹٫۹۴٪ O: ۳۰٫۰۶٪ با انکلوزیون‌های Mn,Al,Ti برای اولین بار در سوئیس کشف شد و از نظر شکل بلور: فلسی - دانه‌ای - توده‌ای - نودولار - شعاعی -، رنگ: قهوه ای-قرمز- خاکستری سیاه - سیاه، شفافیت: نیمه شفاف - کدر(اپاک)، شکستگی: صدفی، جلا: فلزی - مات، رخ: ندارد، سیستم تبلور: رمبوئدریک و در رده‌بندی اکسید است و منشأ تشکیل آن ماگمائی - هیدروترمال - است.

همایند کانی‌شناسی (پارانژ) آن گوتیت - لیمونیت - پیروفانیت -ایلمنیت -مگنتیت - کرومیت- سیدریت- لیمونیت- مگنتیت- پیریت- کوارتز و غیرهدگرگونی - رسوبیاالیت - پسودومرفبرش سنگ آن به صورت سنگ ظریف در زینت آلات مصرف می‌شود. است کاربرد آن: از کانسارهای مهم آهن است. پودرآن دررنگ سازی و ضدزنگ مصرف دارد و، از نظر ژیزمان شکننده و فلسی - پهن و کوتاه - رومبوئدری - ماکل فراوان است و بیشتر در آلمان، اطریش، ایتالیا، سوئد، انگلستان، کانادا، استرالیا، لیبریا، برزیل و روسیه یافت می‌شود.

هماتيت يا « سنگ استرس » نوعي كريستال است كه براي تقويت منطق ، توانائيهاي رياضي ، تفكر منطقي و دانش عميق بكار مي رود. اين سنگ همچنين خلاقيت فرد را افزايش مي دهد و باعث افزايش تمركز مي شود. هماتيت هرگونه امواج منفي را به سوي صاحب آن باز مي گرداند و مانع از استرس و فشار روحي شما مي شود. اين كريستال مثل تكه اي آهنربا ، درد پا يا درد كمر را جذب مي كند و براي رفع دردهاي عضلاني يا مفاصل نيز مفيد است. هماتيت براي رفع بيخوابي نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.

هماتیت فلز خاکستری اکسید آهن معدنی میباشد. مصریان باستان از آن برای متوقف کردن خونریزی و افزایش دادن شکل گیری سلولهای خون استفاده میکردند. در قرون وسطی آن بعنوان(سنگ خون ) شناخته میشد، به این علت که آبی که برای جلا دادن آن استفاده میشد در طول فرایند قرمز میشد مثل اینکه سنگ خونی باشد. آمریکایی های بومی معتقد به آداب و رسوم، اظهار داشتند که نقاشی بدن با استفاده از این سنگ فرد رادر جنگ ها شکست ناپذیر میکند. طلسم هماتیت در آرامگاه فرعون جهت حفظ زندگی پس از مرگ یافته شده است. <!– هماتیت برای متوقف کردن خون و تثبیت گردش خون و همچنین مقابله با جمع شدن و انسداد جریان خون در سیاهرگ مورد استفاده قرار میگیرد. هماتیت جذب آهن در روده کوچک را تحریک کرده که این باعث بهبودی ذخیره اکسیژن در بدن میگردد. هیچگاه هماتیت را نزدیک قسمتهای ملتهب بدن نبندید چرا که باعث متورم شدن آن میشود.

  ترکیبات سنگ آهن

آهن عنصري است با عدد اتمي 26 و وزن اتمي 55.85 نقطه ذوب آن 1535 و نقطه جوش آن 3000 درجه سانتي گراد است. از نظر فراواني ، آهن چهارمين عنصر تشکيل دهنده پوسته جامد زمين بوده و 4.2 درصد پوسته از اين عنصر تشکيل شده است.

معروفترين کاني هاي سنگ آهن، ترکيبات اکسيدي بويژه مگنتيت  (Fe3o4) و هماتيت (Fe2o3) مي باشند که در رنگ خاکستري تا زرد و قرمز متغير مي باشد. کاني هاي عمومي ديگر مانند گوتيت و ليمونيت و کربناته مانند Feco3 مي باشند. مهمترين ذخاير سنگ آهن جهان تحت عنوان (Banded Iron Formation) شناخته شده اند. ذخاير ماگمايي نيز همچنين مي توانند منبعي براي ذخاير بزرگ مگنتيتي باشند.

    

 شکل1- نمونه اي از سنگ آهن هماتيتي و مگنتيتي

 سنگ‌هاي آهن از نقطه ‌نظر ساختار و ترکيب شيميايي متفاوت و متنوع هستند. نظر به اينکه کوره‌هاي توليد آهن و فولاد، حداکثر بازده را با ترکيب ثابت مواد اوليه مي‌توانند داشته باشند لذا ضروري است که انواع مختلف سنگ‌هاي آهن تامين شده و نيز مواد جنبي به‌گونه‌اي وارد کوره شوند که خوراک از خواص فيزيکي ـ شيميايي و مکانيکي ثابت برخوردار باشد.

توليد و دانه بندي سنگ آهن يکي از فرآيند‌هاي آماده‌سازي است که طي آن ذرات نرمه کاني آهن با عيار بالا تبديل مي‌شوند. به‌طور کلي هدف از دانه بندي سنگ آهن در صنعت آهن و فولاد در کوره هاي بلند عبارتند از:

ـ استفاده بهينه از سنگ آهن با عيار بالا براي مصرف در کوره‌هاي بلند احيا

ـ تهيه خوراکي مناسب براي ‏کوره‌هاي بلند احيا با خواص فيزيکي، شيميايي، مکانيکي و متالورژيکي مطلوب.

ـ کاهش سرباره‌سازي، افزايش راندمان توليد.

ـ کاهش هزينه‌هاي تصفيه در مراحل بعدي توليد آهن و فولاد (ذوب و تصفيه).

سنگ آهن به دليل گسترش فراوان بايد داراي درصد نسبتا بالايي از فلز باشد تا به عنوان منبع آهن در نظر گرفته شود. به عنوان مثال امروزه ذخايري با عيارکمتر از 25% به عنوان منبع آهن در نظر گرفته نمي شود مگر اينکه گسترش ذخيره در حجم  وسيعي بوده و يا از فرآوري ارزان قيمتي برخوردار باشد. بنابراين ارزش سنگ آهن به چهار عامل زير وابسته است :

1- عيار

2- سهولت فرآوري

3- هزينه استخراج

4- حمل سنگ به بازار

 سنگ آهني که در مجتمع هاي فولاد سازي و ذوب آهن براي توليد آهن خام و فولاد به کار برده مي شود بايد داراي مشخصات معيني از نظر درصد آهن و ساير عناصر موجود در آن باشد تا بتوان آن را در کوره هاي ذوب مصرف نمود. از اينرو در اکثر موارد براي دستيابي به مشخصات سنگ آهن مورد نياز صنايع فولاد سازي بايد سنگ آهن استخراج شده از معادن را فرآوري نمود. هدف از فرآوري سنگ آهن، افزايش عيار آهن و کاهش عيار عناصر مضر و مزاحم در آن است. علاوه بر عناصر مضر تعدادي از عناصر نيز وجود دارند که اگر مقدار آنها از حد معيني فراتر نرود سبب بهبود کيفيت فولاد و يا بهبود وضعيت توليد آن مي شوند. مهمترين مواد مفيد و مضر موجود در سنگ آهن عبارتند از :

اکسید تیتانیوم (TIO2)

 تيتانيوم سبب بهبود خواص فولاد مي گردد. البته وجود تيتانيوم در سنگ آهن حالت چسبندگي سرباره را بالا برده و سبب غليظ شدن سرباره مي گردد. به همين دليل درجه قليايي پايين تري در سرباره در نظر گرفته مي شود که اين امر سبب تغيير رژيم کار سرباره در کوره بلند مي شود. مقدار زياد تيتان سبب کاهش خاصيت احياپذيري و در نتيجه کاهش متاليزاسيون مورد نظر مي شود. به علت اينکه اکسيد تيتانيوم مي تواند در جدار قسمت پايين کوره بلند يک طبقه محافظ تشکيل دهد، مقدار معين تقريباً بين 2/0-1/0 درصد اکسيد تيتانيوم در سنگ آهن مفيد است.

اکسید منگنز (MNO2)   

منگنز در بيشتر سنگ آهن ها وجود دارد که حدود 80 درصد آن وارد چدن گرديده و بقيه به صورت اکسيد وارد سرباره مي شود. منگنز استحکام، سختي و مقاومت در برابر سائيدگي فولاد را افزايش مي دهد. وجود منگنز باعث سهولت در امر گوگرد زدايي در چدن و کم کردن تأثير منفي گوگرد جهت توليد فولاد مي شود. در نتيجه بررسيهاي اخير آشکار شده است که مقدار منگنز اثر تعيين کننده اي بر فسفر زدايي در کنورتر دارد. در صورتي که مقدار منگنز چدن مذاب 2/0 و مقدار فسفر آن 1/0 درصد باشد مي توان انتظار داشت که مقدار فسفر فولاد به کمتر از 005/0 درصد کاهش يابد.

اکسیدهای اسیدی سرباره ساز (SIO2 , AL2O3)

مقدار اکسيدهاي اسيدي Al2O3 و SiO2 بايد در سنگ آهن کم باشد. در صورت بالا بودن اين اکسيدهاي اسيدي، به مقدار زيادي سنگ آهک يا دولوميت براي خنثي کردن آن احتياج است که اين امر سبب افزايش سرباره، مصرف سوخت و هزينه بهره برداري شده و ظرفيت توليد کوره کاهش مي يابد. از طرف ديگر سنگ آهک و دولوميت مورد استفاده درگندله سازي بايد خيلي نرم باشند که اين هم باعث افزايش هزينه توليد مي شود. بر پايه محاسبات پژوهشگران در سال 1981 ، افزايش هر يک درصد سيليس در بار ورودي کوره بلند، با توجه به لزوم تامين حداقل سرباره با ترکيب شيميايي متعادل مورد نياز، هزينه توليد چدن خام در تن تقريباً 55/1 دلار افزايش مي دهد. اگر هزينه فرآوري براي حذف يک تن سيليس از کانه آهن 9/2 دلار باشد، هزينه حذف يک تن سيليس اضافي در کوره بلند در حدود 95 دلار است. در طي تحقيقات انجام شده مشاهده شده است که وجود سيليس بيش از حد معين در حين احياء با وستيت ترکيباتي مانند فاياليت را مي دهد که موجب تنزل اکتيويته وستيت مي شود و در نتيجه تاثير منفي بر روي قابليت احياء مي گذارد.

از اين رو به ندرت اتفاق مي افتد که سنگ آهن استخراج شده از معدن بلافاصله پس از طي مراحل خردايش و طبقه بندي در محل به سمت کوره هاي ذوب آهن جهت تهيه فولاد ارسال شود. چرا که در اغلب سنگ هاي آهن درگير کاني هاي آهن و باطله شديد بوده و جهت تامين شرايط بار ورودي صنايع فولاد علاوه بر آزاد سازي نياز به جدا سازي عناصر همراه از کاني هاي آهن دار نيز وجود دارد. سنگ آهن دانه بندي شده مهمترين مواد اوليه مورد نياز واحدهاي توليد چدن به روش کوره بلند مي باشد. در فرآيند کوره بلند براي اقتصادي بودن روش توليد سعي مي‏شود که عيار آهن سنگ آهن که براي توليد چدن بکار مي‏رود بيش از 60 درصد باشد.

 

کلیاتی در خصوص آهن

 سنگ آهن عنصری فلزی است و 5 درصد از پوسته زمین را در بر گرفته است. با استخراج سنگ آهن خام از زمین و جداسازی ناخالصی ها، پودر تیره رنگ نقره ای - قهوه ای آهن به دست می آید. این عنصر به راحتی اکسیده می شود و به تنهایی خیلی محکم نیست و برای افزایش استحکام آن جهت استفاده در بخش هایی چون ساختمان سازی، آلیاژ آن با استفاده از عناصر بسیاری تهیه می شود. این عناصر متفاوتند و متداول ترین آن ها نیکل و کروم است.

سنگ آهن عنصری فلزی است و 5 درصد از پوسته زمین را در بر گرفته است. با استخراج سنگ آهن خام از زمین و جداسازی ناخالصی ها، پودر تیره رنگ نقره ای - قهوه ای آهن به دست می آید. این عنصر به راحتی اکسیده می شود و به تنهایی خیلی محکم نیست و برای افزایش استحکام آن جهت استفاده در بخش هایی چون ساختمان سازی، آلیاژ آن با استفاده از عناصر بسیاری تهیه می شود. این عناصر متفاوتند و متداول ترین آن ها نیکل و کروم است

  موارد مصرف : سنگ آهن ماده اولیه تولید فولاد است و 98 درصد سنگ آهن استخراج شده در سطح جهان برای تولید فولاد به کار می رود. صنایع خودرو سازی و ساخت و ساز، بخش های اصلی مصرف کننده فولاد هستند و در نتیجه میزان تقاضای فولاد این بخش ها بر تقاضا و قیمت سنگ آهن تاثیر گذار است .

فرایند تولید:  برای تولید یک تن آهن در یک کوره بلند نیاز به 75/1 تن سنگ آهن، 750 کیلو زغال سنگ و 250 کیلو سنگ آهک می باشد که 5/4 متریک تن هوا نیز مصرف می کند. دمای هوا در مرکز کوره به 1600 درجه سانتیگراد می رسد. در فرایند تولید روش های مختلفی وجود دارد از جمله کوره بلند .

جایگزین: سنگ آهن جایگزین مستقیمی ندارد ولی مصرف کننده اصلی آن یعنی فولاد جایگزین هایی دارد. از جمله رقابت بالایی با فلزات دیگری چون آلومینیوم دارد که مصرف آن در صنایعی چون خودرو سازی رو به افزایش است. همچنین در تولید کانتینر، پلاستیک و شیشه جایگزین هایی برای فولاد هستند. از دید دیگر، فلزاتی چون آلومینیوم برای تولید نیازمند درصد زیادی مصرف برق هستند در نتیجه مصرف فولاد رایج تر است. حجم محدودی از آهن قراضه مجددا باز یافت می شود ولی بازیافت فولاد از هر فلز دیگری بیشتر است. گرچه از بازیافت قراضه، فولاد نیز تولید می شود ولی حجم کلی آن در حال حاضر کافی نیست .

تولید: در سال 2009 تولید سنگ آهن جهان معادل یک میلیارد و 691 میلیون و 150 هزار تن بوده که 2/3 درصد نسبت به سال 2008 افت داشته است. این کاهش در امریکا و اروپا رخ داده که تولید سنگ آهن امریکا 2/28 درصد و اروپا 4/11 درصد افت داشته است .

تولید کننده اصلی: تولید کننده اصلی سنگ آهن استرالیاست و پس از آن چین و برزیل قرار دارند. دیگر تولید کنندگان بزرگ روسیه و امریکا هستند. سال 2009 کل تولید سنگ آهن استرالیا 393 میلیون و 900 هزار تن بوده و پس از آن چین با 340 میلیون و 900 هزار تن در رتبه بعدی قرارداشته است. در هر حال تفاوت موجود میان استرالیا و چین در این است که تولید استرالیا صادر می شود در حالی که چین کل تولید خود را مصرف می کند. چرا که بزرگترین تولید کننده فولاد جهان است و یکی از بازار های اصلی مصرف سنگ آهن را داراست .

واردات و صادرات: چین بزرگترین تولید کننده فولاد دنیاست و 44 درصد تولید جهان را در دست دارد و برای تامین نیاز سنگ آهن خود هم تولید دارد و هم واردات. میزان اهمیت تقاضای سنگ آهن چین بر بازار این ماده اولیه از آنجایی نمایان است که چین علاوه بر این که دومین تولید کننده سنگ آهن دنیاست، اولین وارد کننده این ماده اولیه مهم نیز به شمار می رود. در سال 2010 کل واردات چین 619 میلیون تن بوده که 5/1 درصد نسبت به سال 2009 افت داشته است. البته باید در نظر داشت که سال 2009 میزان واردات سنگ آهن رشدی 5/41 درصدی داشته است. چین با نیاز 800 میلیون تنی، بزرگترین مصرف کننده سنگ آهن دنیا می باشد. حجم بالایی از نیاز چین را استرالیا و برزیل تامین می کنند و هند تنها 25 درصد واردات به چین را از آن خود کرده است .

مصرف:صنعت فولاد بزرگترین مصرف کننده سنگ آهن است چرا که 98 درصد تولید سنگ آهن جهان را استفاده می کند. در نتیجه میزان تولید فولاد نیاز به سنگ آهن را نمایان می سازد. همچنین در بخش هزینه تولید فولاد، سنگ آهن و زغال سنگ 75 درصد هزینه ها را در بر دارند. آسیا همچنان تولید کننده اصلی فولاد است و در آسیا کشور های چین و هند برترین های تولید فولاد هستند. چرا که حجم فعالیت های زیر ساختی در این دو کشور بالاست و نیاز فولاد آن ها بیشتر. گرچه کشور هایی چون هند رشد اقتصادی بالایی داشته اند ولی برای آن که این روند صعودی در درازمدت ماندگار باشد باید مسیر رشد اقتصادی خود را تغییر دهند و تقاضای بخش هایی چون خودرو سازی را قوی تر سازند .

سال 2010 : در سال 2010 تولید فولاد جهان یک میلیارد و 414 میلیون تن بوده که رشدی 15 درصدی داشته و رکوردی جدید در حجم تولید است. تولید امریکا و اروپا رشد بالایی داشته چرا که از رکود 2009 تا حدی رهایی یافتند. نرخ بهره وری نیز با 1/1 درصد رشد به 8/73 درصد رسید. تولید فولاد چین 3/9 درصد بالا رفت ولی سهم این کشور در کل تولید دنیا را از 7/46 درصد به 3/44 درصد کاهش داد. هند همچنان پنجمین تولید کننده بزرگ فولاد دنیا باقی ماند و 8/66 میلیون تن تولید داشت .

قیمت گذاری:  معمولا در گذشته قیمت سنگ آهن در نتیجه مذاکرت میان شرکت های معدنی بزرگ و فولاسازان تعیین می شده و قیمت تعیین شده در این مذاکرات به نوعی شاخص قیمتی برای کل صنعت فولاد بود. ولی اخیرا این مکانیزم سالانه جای خود را به سیستم قیمت گذاری کوتاه مدت داده و سه شرکت معدنی بزرگ دنیا دیگر قرارداد سالانه منعقد نمی کنند. بسیاری از شرکت های معدنی استرالیا و برزیل به قراردادهای کوتاه مدت روی آورده اند. در هند قیمت ها بیشتر نقدی است و برخی عرضه کنندگان بزرگ به استفاده از شاخص قیمت های متال بولتین و یا پلاتس تمایل نشان داده اند. نوسانات قیمت: از ژانویه 2009 تاکنون قیمت سنگ آهن صعودی بوده و شاخص قیمت استیل ایندکس برای سنگ آهن خلوص 62 درصد از 70 دلار هر تن خشک سی اف آر چین به 190 دلار رسیده. کاهش عرضه در کنار افزایش تقاضا عوامل تاثیر گذار بر این روند صعودی بوده اند. از آنجایی که قیمت سنگ آهن بر پایه شاخص قیمت های بین المللی است در نتیجه به دلار امریکا تعیین می گردد از این رو تغییرات نرخ دلار امریکا نیز بر قیمت سنگ آهن تاثیر می گذارد. اگر نرخ روپیه هند نسبت به دلار امریکا بالا برود قیمت سنگ آهن به روپیه کاهش می یابد و بر عکس اگر ارزش روپیه کاهش یابد در آن صورت قیمت سنگ آهن به روپیه بالا تر می رود .

چشم انداز آینده:چین در ماه دسامبر 58 میلیون و 80 هزار تن سنگ آهن وارد نمود که بالاترین آمار در 9 ماه قبل آن بود. از طرفی صادرات سنگ آهن هند از ایالت کارناتاکا ممنوع شده، در ایالت اوریسا فعالیت 23 معدن غیر قانونی متوقف شد و افزایش کرایه حمل نیز بر هزینه ها افزود. در کل انتظار می رود قیمت سنگ آهن بالاتر برود چرا که در بخش های عرضه و تقاضا نشانه های مثبتی دیده شده است. در بخش عرضه، عوامل جوی و در بخش تقاضا نیز چین تاثیر گذار است. البته افزایش قیمت ریسک هایی نیز در پی دارد. اگر افزایش قیمت محصولات فولادی تقاضا را کاهش دهد، آن زمان بر قیمت سنگ آهن نیز تاثیرگذار خواهد بود.

 

فرآیند تولید کنسانتره از سنگ آهن

الف) معدن سنگ آهن

معدن سنگ آهن حاوي سنگها و كاني هايي مي‌باشد كه داراي تركيبات آهندار هستند. سنگ آهن طي فرايندهاي فيزيكي و شيميايي در كارخانجات فولادسازي، فراوري شده و آهن آن از ساير مواد و تركيبات ديگر جدا مي‌شود. عيار سنگ آهن موجود در معادن متفاوت و اغلب زير 50% است كه در محصول فولادي به بالاي 90% مي رسد.

سنگ آهن داراي هماتيت و يا مگنتيت (بالاي 60% آهن) بعنوان كانه طبيعي شناخته شده و مي توان از آنها مستقيماً‌در كوره ذوب فولاد استفاده نمود. 98% سنگ آهن استخراج شده در دنيا در توليد فولاد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

شكل 2 - نمودار فراوري سنگ آهن و توليد فولاد

 

مروری بر روش های فرآوری سنگ آهن

فراوري سنگ آهن يكي از مهمترين فرايندهاي زنجيره توليد فولاد است. در فرايند آهن سازي به سبب محدوديت هايي در خصوص كيفيت و ميزان دانه بندي خوراك و تأثير پارامترهايي اعم از عيار سنگ آهن، ميزان عناصر مضر مانند گوگرد و فسفر، مي‌بايست به منظور تغليظ (فراوري) موراد فوق رعايت گردد تا كنسانتره به مشخصات مورد نظر دست يابد.

فراوري سنگ آهن براساس محصول توليدي به دو دسته تقسيم مي شود:

  • توليد سنگ آهن دانه بندي شده
  • توليد كنسانتره سنگ آهن


الف) توليد سنگ آهن دانه بندي

اين روش عموماً بصورت خشك و بدون آب انجام مي شود.

خوراك: سنگ آهن با عيار حدود 50%

محصول: سنگ آهن با عيار 68 – 60% در دو يا سه كلاس ابعادي

در كارخانه خوراك در دو يا سه مرحله خرد و توسط سرند به كلاس دانه بندي مختلف تقسيم مي شود. (شكل2)


سپس با استفاده از روشهاي جدايش فيزيكي (عمدتاً به روش مغناطيسي) سنگ آهن پرعيار از باطله كم عيار جدا مي شود. (اين محصول که سنگ آهن دانه بندی نامیده می شود، به علت پايين بودن عيار، قابل استفاده در سيستم احياء مستقيم نمي باشد لیکن قابل استفاده در کوره بلند می باشد.

شكل 3- فرايند كلي تهيه كنسانتره از سنگ آهن.

 

در كارخانجات مختلف، با توجه به خصوصيات سنگ آهن خوراك كارخانه، مراحلي از اين فرايند حذف و يا به آن اضافه مي گردد و يا تقدم و تأخر مراحل تغيير مي يابد.

 

  ب) واحد توليد كنسانتره سنگ آهن

در كانسارها عيار متوسط سنگ آهن پايين است و مقدار عناصر بيش از حد مورد قبول است. به همين دليل براي پرعيارسازي از روشهاي پيشرفته تر و مدار پيچيده تري اقدام به توليد كنسانتره مي شود. مدار فرآوري بطور كلي از واحدهاي خردايش - آسيا كني – پرعيارسازي و آبگيري تشكيل شده است. در كنار اين واحدها، واحدهاي حمل و نقل، تأمين آب، تأسيسات و ... بعنوان واحدهاي جانبي ذكر مي‌شود.

  • مرحله اول خردايش:

اولين مرحله در كارخانه با ورود ماده معدني به سنگ شكن (كلي يا ژيراتوري) آغاز مي شود. در اين بخش قطعات بين 20-25 الي 100 سانتي متر به ابعاد كوچكتر از 25-20 سانتيمتر خرد مي شوند.

البته در ورودي سنگ شكن سرند ثابت گريزلي نصب مي شود كه روزنه هاي آن برابر با ابعاد محصول خروجي از سنگ شكن هستند. به اين ترتيب ابعاد ريزتر وارد سنگ شكن نمي شوند تا مبادا خردتر شوند.

سپس مواد معدني خرد شده با نوار نقاله وارد مرحله بعدي سنگ شكن و سرند مي شوند. در اين بخش كه بسته به ابعاد و خصوصيات مواد معدني ممكن است از 2 مرحله سنگ شكني خشك تشكيل شده باشد، از سنگ شكن مخروطي استفاده مي شود و ابعاد مواد معدني تا اندازه 30 ميلي متر كاهش مي يابد.

لازم به ذكر است خردايش چند مرحله‌اي به منظور كنترل دانه بندي و جلوگيري از خردايش بيش از حد ماده معدني انجام مي‌شود.

  • مرحله دوم آسيا كني:

سپس اين مواد معدني با ابعاد كمتر از 30 ميلي متر، به منظور خردايش بيشتر وارد مرحله آسياكني مي شود كه بصورت تر انجام مي پذيرد. در اين مرحله، مواد توسط آسياي خودشكن يا نيمه خودشكن و يا آسياي غلتكي فشاري تا اندازه 1-5/0 ميلي متر آسيا مي شوند.

اين ماده با ابعاد 1-5/0 سپس به مرحله بعدي هدايت مي شود و در آنجا توسط آسياهاي گلوله اي مورد خردايش بيشتر قرار مي گيرد.

در اين قسمت ها كه خردايش در محيط تر انجام مي پذيرد، ابعاد خردايش توسط هيدروسيكلون ها كنترل مي گردد. و هدايت مواد كه در آب شناور هستند و تركيب دوغاب (اسلاري) را ايجاد كرده اند، توسط پمپ‌ها انجام مي شود.

  • مرحله سوم پرعيارسازي:

ذرات پس از عبور از مرحله آسيا كني به ابعاد بسيار ريز مورد نظر رسيده اند و لازم است به منظور جدا كردن مواد باارزش از تركيبات باطله داخل اسلاري، وارد مرحله بعدي شوند. اسلاري توسط پمپ به مرحله جدايش مغناطيسي هدايت مي شود. جداكننده هاي مغناطيسي تر، عموماً جداكننده هاي نوع درام هستند. اسلاري از روي اين درام ها كه داراي خاصيت مغناطيسي هستند عبور داده مي شود. كاني هاي آهن دار به درام مي چسبند. و در انتهاي درام توسط يك تيغه از روي درام جمع آوري مي شوند. ساير كاني هاي موجود در دوغاب نيز از ته ريز تجهيز خارج مي شوند.

اين جداكننده هاي مغناطيسي داراي انواع شدت پايين، شدت متوسط، شدت بالا و گراديان بالا هستند كه انتخاب آنها براساس خواص مواد معدني و تست فراوري كه قبلاً روي ماده معدني به انجام رسيده است، صورت مي پذيرد. و در صورتيكه عناصري مانند فسفر و گوگرد در كنسانتره وجود داشته باشد، از روش فلوتاسيون براي جدايش مواد مزاحم از كنسانتره استفاده مي شود.

  • فلوتاسيون:

در اين روش از اختلاف خواص شيمي فيزيكي سطح مواد براي جدايش آنها از يكديگر استفاده مي شود. سطح كاني باارزش توسط كلكتور آبران مي شود. براي تنظيم آبران كردن سطوح كاني باارزش، خصوصيات محيط از جمله PHمحيط آبي به دقت تنظيم مي گردد. كاني مذكور در محيط آبي قرار داده مي شود و در اين محيط حباب هاي هوا ايجاد مي گردد. از آنجاييكه سطح كاني آبران شده است، براحتي به حباب هوا چسبيده و در سطح سيال شناور مي گردد. براي پايدار نمودن حباب هوا و جلوگيري از تركيدن آنها و نيز جلوگيري از الحاق حباب هاي هوا با يكديگر از موادي به نام كف ساز استفاه مي شود.

  • مرحله چهارم آبگيري:

سنگ آهن پرعيار شده حاوي مقاديري آب است كه بايد آبگيري و خشك گردد و رطوبت آن به 10-9 درصد برسد. بدين منظور از فيلترها براي جدايش آب كنسانتره بدست آمده، استفاده مي شود. سپس كنسانتره آبگيري شده به انبار محصول منتقل و در آنجا دپو مي‌گردد.

باطله نيز براي آبگيري به سمت تجهيزاتي بنام تيكنر هدايت مي شود. در آنجا مواد جامد تهنشين شده و آب بصورت سرريز از بالاي تيكنرخارج مي شود. ذرات جامد تهنشين شده نيز توسط بازوي جمع كننده كف تيكنر به سمت مركز هدايت و توسط پمپ به سمت سد باطله هدايت مي شوند. براي افزايش سرعت تهنشيني اين مواد از مواد شيميايي پليمري بنام فلوكولانت استفاده مي شود كه باعث چسبيدن ذرات باطله به يكديگر و افزايش سرعت سقوط آنها مي شود.

سنگ آهن داراي هماتيت و يا مگنتيت (بالاي 60% آهن) بعنوان كانه طبيعي شناخته شده و مي توان از آنها مستقيماً‌در كوره ذوب فولاد استفاده نمود. 98% سنگ آهن استخراج شده در دنيا در توليد فولاد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 

 

15 بهمن 1392 By

تهیه کننده : نجفی

 

بررسی تاثير عناصر آلياژی بر خواص فولاد

 

اغلب در حین بررسی نتایج آزمایش آنالیز فولادها به وجود عناصری برمی خوریم که اطلاع از چگونگی تاثیر عناصر فوق ساختار فولادها از جمله الزامات دانش فنی مهندسین می باشد لذا با استفاده ازمقدمه کتاب کلید فولاد(نویسنده:C.W.Wegst) سعی در معرفی ابتدایی برخی عناصر موجود در ساختار فولادها شده است.

 

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.

 

از ادامه معرفی عناصر دیگر مانند بور,بریلیم,تانتالیم,کلومبیوم,آنتیموان,سلنیم,سیلسیم,نیکل,اکسیژن,فسفر,تنگستن,قلع,تیتانیم بدلیل خارج بودن از حوصله این وبلاگ صرفنظر شده است.

برگرفته ااثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای سازه های فولادی

 

چکیده

باگذشت حدود 50 سال از کاربرد اتصالات جوشی در صنعت شاختمان در ایران هنوز نقایص زیادی در اجرای ساختمانهای فولادی جدید مشاهده  می شود. در یک بررسی اولیه عوامل زیر را می توان به عنوان  دلایل  اصلی نقایص ذکر کرد:

 

1-     عدم طرح دقیق اتصالات جوشی با  توجه به عملکرد مورد نظر آنها

2-     عدم انطباق اجرای معمول ساختمان با آیین نامه ها و   دستورالعملها

3-     کیفیت پایین جوش به علت  عدم وجود آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای مهندسان و جوشکاران

4-     نبود  نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور.

 

در این مقاله بعد از مرور خرابیهای سازه های فولادی در زلزله های گذشته ایران و جهان سعی گردیده تا طراحی و اجرای معمول و سنتی سازه های فولادی جوش شده در کشور با  حالت قابل قبول آن مقایسه گردد. برای این منظور از آیین نامه های معمول طراحی سازه های فولادی ایران و آیین نامه های طراحی کشورهای صنعتی زلزله خیز استفاده شده تا مشخص شود که چه مواردی از اجرا یا آیین نامه ها و دستورالعملهای اجرایی همخوانی ندارد. علاوه بر آن مطالعه ای بر روی نقاط ضعیفی که ناشی از اجرای جوش می باشد انجام گرفته و در پایان پیشنهاداتی برای بهبود وضع موجود و کاهش خطرات ناشی از زلزله ها در این نوع  سازه  ها  ارایه گردیده است.

 

 

جوشکاری با گاز یا شعله

 

جوشکاری با گاز شعله یکی ازاولین روشهای جوشکاری معمول در قطعات آلومینیومی  بوده و هنوز هم در کارگاههای  کوچک در صنایع ظروف آشپزخانه و دکوراسیون و تعمیرات بکارمیرود.در این روش فلاکس یا روانساز یا تنه کار برای برطرف کردن لایه اکسیدی بکار میرود.

مزایا:سادگی فرایند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسایل

محدوده کاربرد:ورقهای نازک 8/0تا 5/1میلیمتر

محدودیتها:باقی ماندن روانساز لابلای درزها و تسریع  خوردگی -  سرعت کم –

منطقه  H.A.Zوسيع است .

قطعات بالاتر از 5/2میلیمتر را به دلیل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بااین روش جوش نمیدهند.

 

حال می پردازیم به چگونگی تامین حرارت در این فرایند

حرارت لازم در این  روش از واکنش شیمیایی گاز با اکسیژن بوجود می آید.

حرارت توسط جابجایی و تشعشع به كار منتقل مي شود.قدرت جابجایی به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگی دارد. لذا تغببر اندکی در درجه حرارت شعله می تواند میزان حرارت تشعشعی و شدت آنرا بمقدار زیادی تغییر دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشی از احتراق و حجم اکسیژن لازم برای احتراق و گرمای ویژه و حجم محصول احتراق(گازهای تولید شده) بستگی دارد. اگر از هوا برای احتراق استفاده شود مقدار ازتی کهوارد واکنش سوختن  نمی شود قسمتی از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود.بنابراین تنظیم کامل گاز سوختنی و اکسیژن لازمه ایجاد شعله بادرجه حرارت بالاست. گازهای سوختنی نظیر استیلن یا پروپان یا هیدروژن و گاز طبیعی نیز قابل استفاده است کخمقدار حرارت احتراق و  در نتیجه درجه حرارت شعله نیز متفاوت خواهد بود. در عین حال معمولترین گاز سوختنی گاز استیلن است.

تجهیزات و وسایل اولیه این روش شاملسیلندر گاز اکسیژن و سیلندر گاز استیلن یا مولدگاز استیلن و رگولاتور تنظیم فشار برای گاز و لوله لاستیکی انتقال دهنده  گاز به مشعل و  مسعل جوشکاری است.

استیلن با فرمول C2H2 و بوی بد در فشار بالا ناپایدار و قابل انفجار است و نگهداری و حمل و نقل آن نیازبه رعایت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سیلندر حدودpsi 2200است و رگولاتورها این فشار را تا زیر psi 15 پایین می آورند.و به سمت مشعل هدایت  می شود.(در فشارهای بالا ایمنی کافی وجود ندارد).توجه به این نکته نیز ضروری است که اگر بیش از 5مترمکعب در ساعت ازاستیلن استفاده شود از سیلندر استن بیرون خواند زد که خطرناک است.

بعضی اوقات از مولدهای استیلن برای تولید گاز استفاده می شود. بر اساس ترکیب سنگ کاربید با آب گاز استیلن تولید میشود.                  

                                                              CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2

روش تولید گاز با سنگ کاربید به دو نوع کلی تفسیم میشود.

1-روشی که آب بر روی کاربید ریخته میشود.

2-روشی که کاربید  با یطح آب تماس حاصل میکند و باکم و زیاد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغییرمی کند.

 

رگولاتورها(تنظیم کننده های فشار) هم دارای انواع گوناگونی هستند و برای فشارهای مختلف ورودی و خروجی مختلف طراحی شده اند.رگولاتورها دارای دو فشارسنج هستند که یکی فشار داخل مخزن و دیگری فشار گاز خروجی را نشان میدهند. رگولاتورها در دو نوع کلی یک مرحله ای و دومرحله ای تقسیم میشوند که این  تقسیم بندی همان  مکانیزم تقلیل فشار است. ذکر جزییات دقیق رگولاتورها در اینجا میسر نیست اما اطلاع از فرایند تنظیم فشار برای  هر مهندسی لازم است(حتما پیگیر باشید).

 

کار مشعل آوردن حجم مناسبی از گاز سوختنی و اکسیژن سپس مخلوط کردن آنها و هدایتشان به سوی نازل است تا شعله مورد نظر را ایجاد کند.

اجزا مشعل:  الف-شیرهای تنظیم گاز  سوختنی و اکسیژن  ب-دسته مشعل ج-لوله اختلاط د-نازل

قابل ذکر اینکه طرحهای مختلفی درقسمت ورودی گاز به  لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزیمم حرکت اغتشاشی به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسیر در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله ای آرام  بوجود آید.

 

 

نکاتی در  مورد  جوشکاری فولادهای ضدزنگ و ضدخوردگی

 

خصلت اصلی  فولادهای استنلس مقاومت در برابر زنگ خوردگی است (داشتن کرم بیش از 12% موید همین مطلب است).نیکل موجود در این فولادها حتی به مقدار زیاد هم نمیتواند به تنهایی مقاومت در برابر خوردگی را زیاد کند.ولی با  حضور  کرم میتواند تا  حد زیادی این  وظیفه  را بخوبی انجام دهد.مزیت اصلی  نیکل تسهیل  ایجاد فاز آستنیت و بهبود خاصیت مقاوم به ضربه فولادهای کرم نیکل دار است. مولیبدن شرائط خنثی سازی این فولاد را تثبیت می کند و عموما عامل افزایش مقاومت به خوردگی موضعی(Pitting) است.

به منظور اطمینان از تشکیل کاربیدهای پایدار که باعث افزایش مقاومت  به خوردگی بین دانه ای میشود افزودن Ti  و Nb به انواع معینی از فولادهای کرم-نیکل دار ضروری است.

 

1-فولادهای ضد زنگ

کرم و کربن عناصر  اصلی اینگونه از فولادها را  تشکیل میدهد. هر چند که مقدار کربن کمتر از  04/0درصد است تاثیر کرم بر استحکام کششی حتی در مقادیر 13 و 17و 20درصد بسیار ناچیز است. در حالیکه  در مقادیر زیادتر کربن با عملیات حرارتی مناسب امکان دستیابی  به استحکام کششی منایب و عملیات مکانیکی مورد نظر فراهم میشود.

با توجه به ریزساختار فولادهای کرم دار را به شرح زیر میتوان دسته بندی کرد:

الف-فولادهای کرم دار-فریتی(12 تا 18 درصد کرم -1/0درصد کربن)

ب- فولادهای کرم دار-نیمه فریتی(12 تا 14 درصد کرم -08/0 تا 12/0 درصد کربن)

ج-فولادهای کرم دار-مارتنزیتی(12 تا 18 درصد کرم و بیش از 3/0 درصد کربن)

د- فولادهای کرم دار-قابل عملیات حرارتی(12 تا 18 درصد کرم -15/0 تا 20/0 درصد کربن)

 

این دسته بندی را در مورد جوش پذیری نیز میتوان تکرار کرد.

 

تحت شرایط حرارتی نامناسب فولادهای فریتی(گروه الف) تمایل به تشکیل دانه های درشت نشان میدهند. انرژی حرارتی ناشی از جوشکاری منجر به رشد دانه بندی میشود که نمیتوان آنرا با پس گرمایش برطرف نمود.در نتیجه کاربید رسوب میکند و در مرز دانه های فریت باعث شکنندگی و کاهش شىيى مقاومت به ضربه فلؤ جوش ميشود.برای غلبه بر این حالت باید از الکترود آستنیتی تثبیت شده با 19 درصد کرم و 9 درصد نیکل استفاده نمود.فلز جوشی که بدین ترتیب حاصل میشود دارای خاصیت آستنیتی و مقاومت به ضربه بالا است.فلز جوشی که بدین طریق حاصل  میشود از نظر مقاومت به خوردگی مطابق فولددهای ضدزنگ فریتی میباشد اما از نظر ظاهر با فلز مبنا تفاوت رنگ دارد.در صورتیکه اجبار در یکرنگی باشد باید از فیلر متال مشابه( مثلا 18 درصد کرم به همراه کمی Ti)استفاده شود.Tiدر مقادیر جزیی نقش موثر در ریز دانه  کردن فلز جوش دارد.

بعلت رابطه  گریز ناپذیر بین رشد دانه ها با از دست رفتن استحکام ضربه ای چاره ای جز کاستن از تنش های حرارتی ناشی از عملیات جوشکاری وجود ندارد و برای نیل به این منظور تمهیداتی نظیر الکترود با قطر کم و سرعت جوشکاری بیشتر و پیش گرمایش 200تا 300 درجه سانتیگراد باید به کار رود.

پس گرمایش در حدود 700 تا 800 درجه سانتیگراد خاصیت استحکام به ضربه فلز جوش را بهبود میدهد.

همچنین آنیلینگ(Annealing)به مدت کم نیز باعث تجمع کاربید شده و تا حدی شکنندگی فلز جوش را جبران میکند و همینطور به تنش گیری نیز کمک میکند. ولی هرگز باعث رفع کامل درشت دانگی    HAZنمیشود.

اقدامات مشابهی حین جوشکاری فولادهای نیمه فریتی و کوئنچ تمر شده با 12 تا 14 درصد کربن (دسته ب ) نیز ضروری است. میدانیم که سرد کردن سریع باعث تشکیل فاز شکننده مارتنزیتی میشود لذا ضرورت دارد که درجه حرارت قطعه حین انجام جوش بالا نگهداشته شود. قطعه کار ابتدا 300 تا 350 درجه پیش گرم میشود.درجه حرارت بین پاسی(Inter pass) 300 درجه مناسب است و از این کمتر نباید شود.ضمنا قطعه کار باید بلافاصله در دمای 700 تا 760 درجه پس گرم شود.این سیکل حرارتی در مجموع باعث ایجاد فلز جوشی با ساختار یکنواخت و چقرمه در کل طول درز جوش مسشود و خطر شکنندگی و رشد دانه ها را تا حدود زیادی مرتفع میکند.

فولادهای کرم دار مارتنزیتی (دسته ج)معمولا قابل جوش نیستند و صرفا به منظور تعمیر و اصلاح عیوب جوشکاری بر روی آنها انجام میپذیرد. برای جوشکاری فولادهای کرم دار با 12 تا 14 درصد کرم مقدار کربن در فیلر متال نباید از 25/0درصد تجاوز کند.این نوع فولاد در هوا سخت میشود.از اینرو هیچ اقدام پیشگیرانه موثری به منظور غلبه بر سخت شده HAZوجود ندارد.اما  با اعمال پیش گرم زیاد که با پس گرم بلافاصله قطعه همراه باشد میتوان تاحدودی مشکل را برطرف کرد و سختی نامطلوب را در حد پایینی نگاه داشت.دمای پس گرم 750 تا 800 توصیه میشود و کمتر از این دما ممکن است باعث تاثسر منفی در مقاومت به خوردگی شود.

آنیلینگ در حرارتی بین650 تا 650 درجه ممکن است باعث رسوب کاربید و بروز خوردگی بین دانه ای شود.

 

2-فولادهای مقاوم به خوردگی

 فولادهای آستنیتی مقاوم به خوردگی کرم-نیکل دار عموما دارای خواش جوشکاری مطلوبی هستند(جوش پذیرند). اما خصوصیاتی چند از این فلزات باید مدنظر قرار گیرد.

 

  الف-ضریب هدایت حرارتی کم.

  ب- ضریب انبساط حرارتی زیاد.

 ج-سرشت انجماد اولیه این نوع فولادها که تاثیر مهم و تعیین کننده ای بر مکانیزم وقوع ترگ گرم در آنها دارد.وجود مقدار مشخصی از فریت در فلز جوش بیانگر مقاومت ـن به ترک گرم است.

به کمک نمودار شفلر-دولانگ امکان تعیین ریز ساختار بر اساس ترکیبات فلز جوش ممکن است.

نمودار شفلر-دولانگ کمکی عملی در تعیین مقدار تقریبی فریت(فریت دلتا)و سرشت ریز ساختار تشکیل شده حین جوشکاری فولادهای آلیازی غیر همجنس اراوه میدهد.علاوه بر این برآوردی کلی از تاثیرات مقادیر کم فریت بر مقاومت به ترک گرم فلز جوش آستنیتی را مقدور میسازد.تجربه ثابت کرده که روشهای متفاوت تعیین درصد فریت عملا مساله ساز است و طبق توافق جهانی به جای درصد فریت  تعداد فریت را مبنا و ماخذ محاسبات قرار میدهند .

 

دوستانیکه احتمالا از مطالب مربوط به نمودار شفلر آنچنان برداشت منسجم و دقیقی نداشتند کاملا حق دارند و پیشنهاد میکنم به کتب و منابع معتبر برای فهم بهتر مطلب مراجعه کنند. و فرصت بهتر پرداختن به این مطالب مهم فعلا در توان بنده نیست.

 

3-فولادهای مقاوم به حرارت

الف-فولادهای فریتی یا فولادهای فریتی-پرلیتی از نوع (Cr   یا Cr-Si   و Cr-Si-Al) و فولدهای فریتی-آستنیتی

ب-فولادهای مقاوم به حرارت از نوع آستنیتی از نوع Cr-Ni-Si

در حالیکه در جوشکاری قطعات فولادی از نوع آستنیتی با الکترودها ی همجنس آن پیشگرم قطعه ضرورتی ندارد فولادهای مقاوم به حرارت از نوع فریتی کرم دار را معمولا 100 تا 300 درجه پیش گرم و در 750 درجه هم پس گرم  و آنیل میکنند.علت اینکار هم غلبه بر درشت دانگی و تمایل به ترد شدن HAZ  است.

قطعات ریختگی از جنش فریت_آستنیت را باید در حالت گرم 700تا800 درجه جوش داد و اجازه داد که به تدریج سرد گردد.

جوشکاری فولادهای فریتی و فریتی-پرلیتی با الکترودهای هم جنس قطعه کار کاهش در استحکام ضربه ضربه ای فلز جوش را نشان میدهد لذا  پیشنهاد میشود این نوع فولادها را باالکترودهای آستنیتی مقاوم به حرارت جوش داد.در این حالت نیز باید توجه داشت که مقاومت به حرارت فلز جوش  آستنیتی در محیط احتراق با گازهای اکسید کننده با هوا تقویت میشود و طبیعتا این مقاومت به حرارت در محیط گازهای احیا کننده به مقدار زیادی کاهش می یابد برای غلبه بر محیط احتراق با مقدار زیاد معرفی جوش آرگون در چند جمله

 

در جوش آرگون یا تیگ(TIG) برای ایجاد قوس جوشکاری از الکترود تنگستن استفاده می شود که این الکترود برخلاف دیگر فرایندهای جوشکاری حین عملیات جوشکاری مصرف نمی شود.

حین جوشکاری گاز خنثی هوا را از ناحیه جوشکاری بیرون رانده و از اکسیده شدن الکترود جلوگیری

 می کند. در جوشکاری تیگ الکترود فقط برای ایجاد قوس بکار برده می شود و خود الکترود در جوش مصرف نمی شود در حالیکه در جوش قوس فلزی الکترود در جوش مصرف می شود. در این نوع جوشکاری از سیم جوش(Filler metal)بعنوان فلز پرکننده استفاده می شود.و سیم جوش شبیه جوشکاری با اشعه اکسی استیلن(MIG/MAG)در جوش تغذیه می شود. در بین صنعتکاران ایرانی این جوش با نام جوش آلومینیوم شناخته می شود. نامهای تجارتی هلی آرک یا هلی ولد نیز به دلیل معروفیت نام این سازندگان در خصوص ماشینهای جوش تیگ باعث شده بعضا این نوع جوشکاری با نام  سازندگان هم شناخته شود. نام جدید این فرایند  G.T.A.W و نام آلمانی آن WIGمی باشد.

همانطور که از نام این فرایند پیداست گاز محافظ آرگون میباشد که ترکیب این گاز با هلیم بیشتر کاربرد دارد.

علت استفاده از هلیم این است که هلیم باعث افزایش توان قوس می شود و به همین دلیل سرعت جوشکاری را میتوان بالا برد و همینطور باعث خروج بهتر گازها از محدوده جوش میشود.

 

کاربرد این جوش عموما در جوشکاری موارد زیر است

1-     فلزات رنگین از قبیل آلومینیوم...نیکل...مس و برنج(مس و روی) است.

2-     جوشکاری پاس ریشه در لوله ها و مخازن

3-     ورقهای نازک(زیر1mm)

 

مزایای TIG

1-     بعلت اینکه تزریق فلز پرکننده از خارج قوس صورت میگیرد.اغتشاش در جریان قوس پدید نمی آید.در نتیجه کیفیت فلز جوش بالاتر است.

2-     بدلیل عدم وجود سرباره و دود و جرقه ,منطقه قوس و حوضچه مذاب بوضوح قابل رویت است.

3-     امکان جوشکاری فلزات رنگین و ورقهای نازک با دقت بسیار زیاد.

 

انواع الکترودها در TIG

1-     الکترود تنگستن خالص (سبز رنگ)برای جوش آلومینیوم استفاده می شود و حین جوشکاری پت پت می کند.

2-     الکترود تنگستن توریم دار که دو نوع دارد الف-1% توریوم دار که قرمز رنگ است                                                                           ب-2% توریم دار که زرد رنگ می باشد.

3-     الکترود تنگستن زیرکونیم دار که علامت مشخصه آن رنگ سفید است.

4-     الکترود تنگستن لانتان دار که مشکی رنگ است.

5-     الکترود تنگستن سزیم دار که طلایی رنگ است.

این دو نوع آخر جدیدا در بازار آمده اند.

 

چند نکته در مورد مزایای تنگستن

1-     افزایش عمر الکترود

2-     سهولت در خروج الکترونها در جریان DC

3-     ثبات و پایداری قوس را بیشتر می کند

4-     شروع قوس راحت تر است.

 

نوع قطبیت مناسب در جوشکاریTIG

جریان DCEN برای جوشکاری چدن-مس-برنج-تیتانیوم-انواع فولادها

جریان ACبرای جوشکاری آلومینیوم و منیزیوم و ترکیبات آن

گاز گوگرد استفاده از الکترودهایی با کرم زیاد توصیه میگردد.

 

تاریخچه ای مختصراز جوشکاری دستی قوس برقی(S.M.A.W)

 

     قوس برقی در سال 1807توسط سرهمفری دیوی کشف شد ولی استفاده از آن در فلزات به یکدیگر هشتاد سال بعد از این کشف یعنی در سال 1881 اتفاق افتاد. فردی به نام آگوست دیمری تنز در این سال توانست با استفاده از قوس برقی و الکترود ذغالی صفحات نگهدارنده انباره باطری را به هم متصل نماید.بعد از آن یک روسی به نام نیکولاس دی بارنادوس با یک میله کربنی که دسته ای عایق داشت توانست قطعاتی را به هم جوش دهد.وی در سال 1887 اختراع خود را در انگلستان  به ثبت رساند.این قدیمی ترین اختراع به ثبت رسیده در عرصه جوشکاری دستی قوسی برقی می باشد.فرایند جوشکاری با الکترود کربنی در سالهای 1880و1890در اروپا و آمریکا رواج داشت ولی استفاده ازولت زیاد (100 تا 300ولت)و آمپر زیاد (600تا 1000آمپر)در این فرایند و فلز جوش حاصله که به علت ناخالصیهای کربنی شکننده بود همه باعث می شد این فرایند با اقبال صنعت مواجه نشود.

جهش از این مرحله به مرحله فرآیند جوشکاری با الکترود فلزی در سال 1889 صورت گرفت.در این سال یک محقق روس به نام اسلاویانوف و یک آمریکایی به نام چارلز کافین(بنیانگذار شرکت جنرال الکتریک)هرکدام جداگانه توانستند روش استفاده از الکترود فلزی در جوشکاری با قوس برقی را ابداع نمایند.

در آغاز قرن بیستم جوشکاری دستی با قوس برقی مورد قبول صنعت واقع شد.علیرغم ایرادهای فراوان(استفاده از مفتول لخت و بدون روکش)مورد استفاده قرار گرفت.در آمریکااز مفتول لختکه دارای روکش نازکی از اکسید آهن که ماحصل زنگ خوردگی طبیعی و یا بخاطر پاشیدن عمدی آب بر روی کلافهای مفتول قبل از کشیده شدن نهایی بود استفاده می شد و گاهی این مفتول لخت با آب آهک آغشته می شد تا در هر دو وضعیت یتواند ثبات قوس برقی را بهتر فراهم آورد.آقای اسکار کجل برگ سوئدی زا باید پدر الکترودهای روکش دار مدرن شناخت وی نخستین شخصی بود که مخلوطی از مواد معدنی و آلی را به منظور کنترل قوس برقی و خصوصیات مورد نظر از فلز جوش حاصله با موفقیت به کار برد.وی اختراع خود را در سال 1907 به ثبت رساند.ماشینهای جوشکاری با فعالیت های فوق الذکر به روند تکاملی خود ادامه می دادند.در سالهای 1880 مجموعه ای از باطری پر شده به عنوان منبع نیرو در ماشین های جوشکاری به کار گرفته شد.تا اینکه در سال 1907 نخستین دستگاه Generator جوشکاری به بازار آمریکا عرضه شد.

فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی

جریان الکتریکی از جاری شدن الکترونها در یک مسیر هادی به وجود می‌آید. هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا(گاز)ایجاد شود جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد. چنانچه شکاف هوا باندازه کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود. از قوس الکتریکی به عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود.روشهای جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

·         جوشکاری با الکترود دستی یا SMAWیاMMAW

·         جوشکاری زیر پودریSAWیاup

·         جوشکاری با گاز محافظ یا GMAW یا MIG/MAG

·         جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی یا GTAW یا TIG

·         جوشکاری پلاسما

فرایندهای جوشکاری مقاومتی

در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما هردو استفاده می‌شود.گرما به دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آنها در فصل مشترک به وجود می‌آید. پس از رسیدن قطعه به دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیخته دو قطعه بکار می‌رود.در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود. گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات بدست می‌آید.روشهای جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

·         جوش نقطه‌ای

·         درز جوشی

·         جوش تکمه‌ای فرایندهای جوشکاری حالت جامد

دسته‌ای از فرایندهای جوشکاری هستند که در آنها، عمل جوشکاری بدون ذوب شدن لبه‌ها انجام می‌شود. در واقع لبه‌ها تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند. فرایندهای این گروه عبارت‌اند از:

·         جوشکاری اصطکاکی

''''*جوشکاری نفوذی''''

·         جوشکاری با امواج مافوق صوت


ثابت شده‌است که فلزات در دمای اتاق هم قابل اتصالند . این عمل توسط ایجاد پیوندهای فلزی در دو سطح مورد اتصال ، انجام می‌گیرد . بطور ایده آل ، تشکیل اتصال فلزی بوسیلهٔ جوشکاری سرد ، و یا پیوند ( Bonding ) بطریق زیر متصور است : دو قطعهٔ بسیار صیقلی و تمیز در اختیار است . هرکدام از ایندو، مجموعه‌ای از بارهای (+) و (-) می‌باشد به گونه‌ای که هر قطعه بدون عیب و با استحکام کافی دارای پایداری است . اگر دو قطعه کاملاً نزدیک هم قرار گرفته و به هم بچسبند ، الکترونهای فرار از هر قطعه ، بین آندو مشترک می‌شود و در نتیجه نیروی عکس العمل بین سطوح زیاد می‌گردد . بنابراین وقتی دو سطح تماس کامل داشته باشند ، نیروهای عکس العملی بین اتمها ، خودبه خود زیاد شده و یک اتصال محکم و قدرتمند بوجود می‌آید . ولی در عمل ، یک فلز هرگز صیقل کامل نمی‌خورد و همواره اعجاج ماکروسکوپی در سطح دارد. [ ultra Mic or Macroscopic] و همین ناهمواریها ، مساحت واقعی تماس را چند برابر مقدار واقعی می‌کند . بدلیل وجود نقاط ناهموار میکروسکوپی ، لایه‌های سطحی فلز دارای انرژی سطحی قابل ملاحظه‌ای در اثر پیوندهای فلزی اشباع نشده ، جاهای خالی و نیز نابجائی‌ها Vacancies & Dislocations می‌باشد . بنابراین عکس العمل‌های شدیدی بین انتهای سطح فلز و محیط ایجاد می‌شوند . دقیقاٌ بلافاصله پس از سطح فلز ، یک ابر پیوسته از الکترونهای متحرک موجود است که متناوباً از سطح جدا و به آن مجدداً می‌پیوندند (dipole ۷ Double electric ) دانسیته بار این لایه که شامل دو قطب + و – می‌باشد ، ثابت نمی‌ماند و به هندسهٔ میکروسکوپی و سطح وابسته‌است . به همین دلیل لایه‌های سطحی فلز بسیار فعالند . سطح فلز همیشه با اکسیدهای مایع و گاز پوشانیده شده و هرگاه این سطح بطور ایده آل و در فشار کمتر از mmhg ۹- ۱۰ کاملاً تمیز شود ، سطح فلز عاری از این اضافات می‌شود . این سطح تمیز ، مدت زیادی نمی‌تواند دوام داشته باشد . تشکیل اتصال قوی مابین فلزات ، در متد پیوند سرد ، با تغییر شکل دو جانبه و طی سه مرحله انجام می‌پذیرد . در طی مرحلهٔ اول؛ سطوح مورد اتصال بایستی بطور کامل به هم نزدیک شوند . در مرحلهٔ دوم ؛ metallic contact یا اتصال بین فلزی شکل می‌گیرد . در مرحلهٔ سوم ؛ یک اتصال جوش قوی تولید می‌گردد . اکنون این مراحل به تفصیل مورد بحث قرار می‌گیرد : زمانیکه دو سطح کنار هم قرار داده می‌شوند ، ناهمواری‌های میکروسکوپی و نقاط موجی شکل تشکیل می‌یابند . ابتدا این دو قطعه یکدیگر را در نقاط منفرد بالاتر از سطح ، لمس می‌کنند . برای تماس بیشتر به مساحت زیادتری نیاز است . این عمل بوسیلهٔ وارد آوردن نیرو انجام می‌شود . به دلیل وجود لایه‌های سخت و نازک اکسیدی ( Fragile ) میزان نیرو بسیار بالا خواهد بود . البته اگر نیرو کافی نباشد اتصالی بدست می‌آید که پلاستیستهٔ آن کم و استحکام ضربه‌ای آن ناکافیست . لایه‌های نازک روغنی یا ارگانیک آلی ، اثر به مراتب زیان آورتری دارند و اگر مقدارشان زیاد شود بطور کامل از ایجاد پیوند جلوگیری می‌کند و حتماً بوسیلهٔ حلال‌های قوی بایستی آنها را زدود . مرحلهٔ دوم هنگامی رخ می‌دهد که مساحت اتصال فلزی بین دو قطعه زیاد می‌شود و بلورهای مشترکی بین دو سطح تولید می‌گردد. زمانیکه تماس فلزی کاملاً شروع به شکل گیری می‌کند ، بلورها و شبکه‌های کریستالی ، توسط لایه‌های نازک از یک ترکیب پیچیده جدا می‌شوند . در حین این تغییر ، سطح فشرده شده در تماس با اتمسفر نیستند و هیچ گونه لایهٔ نازک دیگری نمی‌تواند شکل بگیرد . بنابراین فیلم‌های شکننده از میان رفته و لایه‌های مایع و گاز بخشی به بیرون رفته و بخشی جذب فلز شده به آن نفوذ می‌کنند . در مرحلهٔ سوم ، پروسه شامل حرکتهای مختلف ذرات ناشی از نفوذ است و به زمان کافی جهت تکمیل این مرحله ،احتیاج است .

فرایندهای اکسی فیول

گروه فرایندهای جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب شدن توسط یک یا چند شعله گاز، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پر کننده یا بدون آن انجام می‌شود.fdgtfhhgfhgh

فرایند جوشکاری با لیزر

در این روش از پرتوی لیزر برای جوشکاری استفاده می‌شود.در جوشکاری لیزری دانسیته انرژی فراهم شده بسیار بیشتر از جوشکاری با قوس آرگون یا با مشعلهای اکسی اسیتیلن است.

از لیزرهای مختلفی می‌توان برای جوشکاری استفاده کرد مانند لیزر گاز کربنیکی یا لیزر یاقوت ولی باید دقت کرد که انرژی پرتو آنقدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.

به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می‌شود،لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO۲ .

لیزر Ruby از یک کریستال استوانه‌ای شکل Ruby (یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده‌اند) تشکیل شده‌است . دو سر آن کاملا صیقلی و آینه‌ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانیه طراحی شده‌است . لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می‌زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش‌ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود سطع می‌کنند و با باز تابش این اشعه‌ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می‌گیرد . اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می‌کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می‌شود .

محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر‌های گاز مانند لیزر CO۲ است که در آنها اشعه حاصله پیوسته‌است، از لیزر CO۲ بیشتر به منظور برش استفاده می‌شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود . از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می‌شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .

در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد،یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه‌است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه‌است . در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می‌گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .

بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می‌باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می‌توان ازطرح اتصال‌های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود.

مزایای جوشکاری لیزر :

·         حوضچه مذاب می‌تواند داخل یک محیط شفاف ایجاد شود ( باعکس روشهای معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می‌شود ) .

·         محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و … را میتوان به یکدیگر جوش داد .

·         در این روش میتوان مکان‌های غیر قابل دسترسی را جوشکاری نمود .

·         از آنجا که هیچ الکترودی برای این منظور استفاده نمی‌شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشکاری نیست .

·         اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملکرد ندارد .

·         به خاطر تمرکز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریکی در جوش تشکیل میشود .

·         جوشکاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشکاری تمیز تر است .

محدودیت‌ها و معایب جوشکاری لیزر : سیستم‌های جوشکاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشکاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اکثر آنها از سرعت پیشروی کمی برخوردارند ( ۲۵ تا ۲۵۰ میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشکاری دررای محدودیت عمق نیز می‌باشد .

از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشکاری استفاده می‌شود . این نوع جوشکاری در اتصال قطعات بسیار کوچک الکترونیکی و در سایر میکرو اتصال‌ها کاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده‌های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.

فرایند جوشکاری با باریکه الکترونی

کاربرد جریانی از الکترونها است که با ولتاژ زیاد شتاب داده شده‌اند و به صورت باریکه‌ای متمرکز به عنوان منبع حرارتی جوشکاری به کار می‌روند. به دلیل دانسیته بالای انرژی در این پرتو منطقه تف دیده بسیار باریک می‌باشد. و جوشی با کیفیت مناسب به دست می‌آید. این فرآیند به عنوان اولین فرایند جوشکاری بکار رفته برای ساخت بدنه جنگنده هااستفاده شد. بال جنگنده افسانه‌ای F-۱۴ یا Tomcat با استفاده از این فرایند ساخته شده‌است.

کنترل کیفیت و بازرسی

طبق طبقه بندی استانداردهای مدیریت کیفیت (ISO ۹۰۰۰)جوشکاری جزو فرایندهای ویژه طبقه بندی شده‌است. که این نشان دهنده این است که برای کنترل کیفیت و تضمین کیفیت این فرایند ویژه می‌باید پیش بینی‌های خاصی انجام داد.bdkddsqdkdwghqa rpknhkbnghN qk'Pkhg keg,T?h


tkah qj pnmHOj htjh pqoj ahojb jth mth hj t j hj tjh rthoh [ h jhjt qj 1j4tit

ایمنی و بهداشت کار در جوشکاری

ایمنی در جوش کاری با قوس الکتریکی در مرحله اول استفاده از عینک محافظ تحت هیچ شرایطی نباید فراموش شود.در صورت انجام عملیات جوش کاری در محیط بسته بخارات حاصل باید به خوبی تهویه شود.در محیط باز هم باید احتیاط لازم در مورد این بخارات به عمل اید.جهت جلوگیری از اسیب چشم دیگران بهتر است در صورت امکان محل انجام جوشکاری بارتیشن بندی شود. کابل ها نباید در مسیر رفت و آمد یا در معرض ضربه باشد.

مراکز و موسسه‌های جوشکاری

·         انجمن جوشکاری آمریکا، AWS

·         انستیتو بین المللی جوشکاری، IIW

·         انیستیتو جوشکاری ادیسون، EWI

·         مرکز جهانی اتصال مواد، TWI

·         انیستیتو جوشکاری هُبارت،

 

منبع  :   http://www.weld.persianblog.com/

 

              *مطالب آزاد*

جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم هنگامی که کشتی‌های خسارت دیده باید سریعاً در آب تعمیر می‌‌شدند به وجود آمد. بیرون آوردن کشتی برای تعمیر کردن آن، هم اکنون هم بسیار هزینه بر است و صرفه اقتصادی ندارد.

بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌دانند، چون ماهیت جوشکاری را از آتش می‌‌دانند.

ولی جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود.

انواع جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب به دو صورت انجام می‌شود:

1.     جوشکاری خشک

2.     جوشکاری مرطوب.

آثار منفی جوشکاری مرطوب عبارت‌اند از ترک خوردگی هیدروژنی، افت شدید دما که باعث تغییرات ساختاری و متالورژیکی می‌شود و همچنین اکسیژن با عناصر آلیاژی ترکیب می‌شود و اکسید این آلیاژها در آب حل می‌‌شوند. جوشکاری خشک در یک اتاقک در داخل آب انجام می‌‌گیرد و داخل اتاقک هوای فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس می‌‌کند. اتاقک‌ها را دو تکه می‌‌سازند و داخل آب، و روی قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل می‌‌کنند. یک لوله رابط بین کشتی و اتاقک است و وسایل مورد نیاز را به وسیله این لوله به اتاقک می‌‌فرستند. این روش برای اولین بار در آمریکا انجام گرفت اما چون بسیار پرهزینه و وقت گیر است دانشمندان سعی می‌کنند مشکلات جوشکاری مرطوب را حل کنند چون سریعتر و ارزانتر است. وسایل ایمنی همان وسایل ایمنی جوشکاری روی خشکی است بعلاوه تجهیزات غواصی.

جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده است.