پیش‌گرمایش در جوشکاری | دلیل انجام آن و دمای مناسب
🔥 پیش‌گرمایش در جوشکاری سازه‌های فولادی | دمای استاندارد و الزامات مبحث دهم
مقدمه
پیش‌گرمایش در جوشکاری یکی از مراحل حیاتی برای جلوگیری از ترک، شکست و کاهش تنش‌های حرارتی در سازه‌های فولادی است.
طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران و آیین‌نامه جوشکاری سازه‌های فولادی (نشریه ۲۲۸)، رعایت دمای مناسب پیش‌گرمایش برای کیفیت و دوام اتصال‌های جوشی الزامی است.
در این مقاله بررسی می‌کنیم:
- پیش‌گرمایش جوشکاری چیست
- چرا باید انجام شود
- در چه مواردی الزامی است
- دمای مناسب بر اساس ضخامت و نوع فولاد چقدر است
- و با چه وسایلی می‌توان پیش‌گرمایش را به‌درستی انجام داد.
پیش‌گرمایش در جوشکاری چیست؟
پیش‌گرمایش (Preheating) یعنی گرم‌کردن ناحیه جوش و فلز پایه پیش از شروع عملیات جوشکاری تا رسیدن به دمای مشخص.
هدف اصلی، کاهش اختلاف دمای بین فلز سرد و حوضچه مذاب است تا از ایجاد تنش‌های حرارتی و ترک در ناحیه جوش جلوگیری شود.
طبق AWS D1.1 (که مرجع رسمی در مبحث دهم است):
«پیش‌گرمایش باید در ناحیه‌ای از فلز پایه به فاصله حداقل 75 میلی‌متر از محل جوش انجام شود و دمای آن پیش از شروع جوشکاری به مقدار تعیین‌شده برسد.»
چرا پیش‌گرمایش در جوشکاری انجام می‌شود؟
🔹 دلایل اصلی پیش‌گرمایش
- کاهش سرعت سرد شدن جوش و ناحیه HAZ
- جلوگیری از تشکیل ساختار سخت و شکننده (مارتنزیت)
- کاهش خطر ترک‌های هیدروژنی (Hydrogen Cracking)
- کاهش تنش‌های پسماند حرارتی در مقاطع ضخیم
- افزایش چسبندگی بین فلز پایه و فلز جوش
بنابراین، پیش‌گرمایش نوعی عملیات کنترلی برای بهبود کیفیت و افزایش دوام جوشکاری سازه‌ای است.
مواردی که پیش‌گرمایش الزامی است
طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (بند 10-3-8-4) و نشریه ۲۲۸، انجام پیش‌گرمایش در شرایط زیر ضروری است:
| مورد | توضیح |
|---|---|
| 🔹 ضخامت فلز بیش از 25 میلی‌متر | هرچه ضخامت بیشتر باشد، سرد شدن سریع‌تر و خطر ترک بیشتر است. |
| 🔹 دمای محیط کمتر از 5°C | هوای سرد باعث انقباض سریع و ترک در جوش می‌شود. |
| 🔹 فولاد با کربن معادل (CE) بالاتر از 0.4 | فولادهای آلیاژی یا پرکربن نیازمند پیش‌گرمایش بیشتر هستند. |
| 🔹 استفاده از الکترود کم‌هیدروژن (E7018 و مشابه) | فعال‌سازی خاصیت کم‌هیدروژنی الکترود نیاز به پیش‌گرمایش دارد. |
| 🔹 جوش در سازه‌های حساس یا بحرانی | مانند پل‌ها، ستون‌های باربر، جرثقیل‌ها و مخازن تحت فشار. |
حداقل دمای پیش‌گرمایش بر اساس استاندارد AWS D1.1 و نشریه ۲۲۸
مقررات ملی ساختمان ایران، دمای پیش‌گرمایش را مطابق با استاندارد AWS D1.1 Table 3.2 مشخص می‌کند.
در جدول زیر، حداقل دمای پیش‌گرمایش برای انواع فولادهای ساختمانی آورده شده است:
| نوع فولاد | ضخامت فلز پایه (میلی‌متر) | نوع الکترود | حداقل دمای پیش‌گرمایش (°C) |
|---|---|---|---|
| فولاد ساختمانی معمول (ST37، ST52) | تا 20 | E6010 یا E6011 | 20 تا 70 |
| همان فولادها | 20 تا 40 | E7018 (قلیایی) | 100 تا 150 |
| فولادهای آلیاژی با CE بالا | 40 تا 75 | E7018 یا E8018 | 150 تا 200 |
| فولادهای پرکربن یا سخت‌پذیر | >75 | E8018 یا مشابه | 200 تا 250 |
💡 نکته:
برای فولادهای ساختمانی معمول (مثل ST37)، دمای پیش‌گرمایش معمولاً در بازه ۸۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد کافی است.
دمای پیش‌گرمایش بر اساس کربن معادل (CE)
فرمول محاسبه‌ی کربن معادل بر اساس AWS D1.1 Appendix XI به صورت زیر است:
CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
| مقدار CE | دمای پیش‌گرمایش پیشنهادی (°C) | توضیح |
|---|---|---|
| ≤ 0.40 | 20–100 | پیش‌گرمایش معمولاً لازم نیست |
| 0.40 – 0.60 | 100–200 | پیش‌گرمایش توصیه می‌شود |
| 0.60 – 0.75 | 200–300 | پیش‌گرمایش الزامی است |
| > 0.75 | >300 | نیاز به کنترل دقیق و پس‌گرمایش دارد |
وسایل و روش‌های پیش‌گرمایش در جوشکاری
طبق نشریه ۲۲۸، بند 6-5، روش‌های مجاز پیش‌گرمایش عبارت‌اند از:
🔹 ۱. مشعل گازی (Gas Torch)
- رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین روش
- مناسب برای قطعات متوسط و بزرگ
- باید گرمایش به‌صورت یکنواخت انجام شود
🔹 ۲. المنت یا نوار حرارتی برقی (Electric Heating Pad)
- کنترل دقیق دما
- کاربرد در فولادهای آلیاژی یا سازه‌های حساس
- قابلیت کنترل با ترموکوپل
🔹 ۳. گرم‌کن القایی (Induction Heating)
- سرعت بالا، یکنواختی عالی
- مناسب برای خطوط لوله و سازه‌های صنعتی
🔹 ۴. گرم‌کردن در کوره (Furnace Heating)
- برای قطعات کوچک یا اتصالات خاص
- دقت بالا ولی زمان‌برتر
کنترل و اندازه‌گیری دمای پیش‌گرمایش
طبق استاندارد EN ISO 13916:2017، دمای پیش‌گرمایش باید در فاصله‌ی ۲۵ تا ۷۵ میلی‌متر از لبه جوش اندازه‌گیری شود.
ابزارهای مجاز:
- ترموکوپل (Thermocouple)
- مداد حرارتی (Thermal Crayon)
- ترمومتر لیزری (Infrared Thermometer)
⚠️ توجه:
پیش از شروع جوشکاری، دمای فلز پایه در تمام ضخامت باید به حداقل دمای تعیین‌شده برسد.
حداکثر دمای مجاز پیش‌گرمایش
طبق AWS D1.1 – Table 3.2 Note 4 و تایید نشریه ۲۲۸،
حداکثر دمای مجاز پیش‌گرمایش برای فولادهای ساختمانی معمولی حدود ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد است.
افزایش بیش از حد می‌تواند موجب تغییر ساختار و افت استحکام شود.
جمع‌بندی نهایی
| مورد | مقدار یا توضیح |
|---|---|
| هدف از پیش‌گرمایش | کاهش ترک، تنش حرارتی و کنترل هیدروژن |
| الزام پیش‌گرمایش | ضخامت بالا، CE زیاد، دمای محیط پایین |
| استاندارد مرجع | AWS D1.1، نشریه ۲۲۸، مبحث دهم مقررات ملی |
| دمای معمول برای فولاد ساختمانی | ۸۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد |
| حداکثر مجاز | حدود ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد |
| روش‌های اجرا | مشعل، المنت، القایی، کوره |
| کنترل دما | ترموکوپل، مداد حرارتی، ترمومتر لیزری |
سؤالات متداول (FAQ)
پیش‌گرمایش یعنی گرم‌کردن فلز پایه قبل از جوشکاری تا دمای مشخص برای جلوگیری از ترک و کاهش تنش‌های حرارتی، طبق استاندارد AWS D1.1 و ISO 13916.
بسته به ضخامت و نوع فولاد بین ۸۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد است. فولادهای کم‌کربن نیاز به پیش‌گرمایش کمتر دارند، فولادهای آلیاژی بیشتر.
با مشعل گازی، المنت برقی، گرم‌کن القایی یا کوره طبق استاندارد EN ISO 13916 انجام می‌شود.
📘 منابع معتبر:
- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (بند 10-3-8-4)
- آیین‌نامه جوشکاری سازه‌های فولادی (نشریه ۲۲۸، فصل ۶)
- AWS D1.1:2020 Structural Welding Code – Steel
- EN ISO 13916:2017 Measurement of Preheating Temperature
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.