سیم جوش با هسته گدازآور شماره ۸۰ از جنس کاربید بور

۱. این توصیف به چه معناست؟

• کاربید بور (B₄C): این ماده‌ی کلیدی است. کاربید بور یکی از سخت‌ترین مواد شناخته شده است، که پس از الماس و نیترید بور مکعبی در رتبه‌ی دوم قرار می‌گیرد. سختی موس آن بین 9 تا 10 است. این سختی شدید همان چیزی است که به رسوب جوش خاصیت اصلی آن را می‌دهد:  مقاومت استثنایی در برابر سایش .
• ۸۰#: این عدد نشان‌دهنده اندازه دانه‌بندی ذرات ساینده کاربید بور  قبل از ترکیب شدن با سیم است. «#» به استاندارد اندازه مش ایالات متحده اشاره دارد. یک دانه‌بندی ۸۰ مش مربوط به اندازه متوسط ​​ذرات حدود ۱۸۰ میکرون (۰.۰۰۷ اینچ) است. این یک دانه‌بندی نسبتاً درشت است که برای مقاومت در برابر سایش شدید به جای یک سطح صاف مناسب است.
• سیم جوش با مغزه گدازآور (FCAW): این سیستم انتقال است. این یک لوله فلزی (“غلاف”) است که با پودر (“هسته گدازآور”) پر شده است. در این حالت، هسته پودری از ذرات کاربید بور مخلوط با سایر عوامل گدازآور تشکیل شده است.

۲. هدف و کاربرد

• مقاومت سایشی شدید: این عملکرد اصلی است. لایه جوش به یک ماده کامپوزیت تبدیل می‌شود که در آن ذرات فوق‌العاده سخت B₄C در یک ماتریس فلزی سخت (معمولاً پایه آهن) قرار گرفته‌اند.
• روانکاری خوب: کاربید بور در شرایط خاص خاصیت خود روانکاری دارد.
• جذب نوترون: B₄C یک جاذب نوترون قوی است، اما این به ندرت دلیل استفاده از آن در پوشش سخت است؛ مقاومت در برابر سایش عامل اصلی است.

• استخراج معدن و فرآوری مواد معدنی: مته‌های حفاری، غلتک‌های سنگ‌شکن، چکش‌های پودرکننده، پروانه‌های پمپ‌های دوغاب و مارپیچ‌های نقاله که سنگ‌های معدنی با سایندگی بالا را جابجا می‌کنند.
• ساختار: دندانه‌های بیل مکانیکی، لبه‌های تیغه بولدوزر، سرهای برش برای ماشین‌های حفر تونل.
• کشاورزی: ​​گاوآهن، ابزارهای شخم‌زنی که در خاک شنی یا سنگی کار می‌کنند.

۳. نحوه کار: فرآیند جوشکاری

1. جوشکاری: سیم با روکش پودری به طور مداوم به قوس جوشکاری تغذیه می‌شود (فرآیندی مانند FCAW یا SAW – جوشکاری زیرپودری).
2. ذوب: غلاف فلزی بیرونی ذوب می‌شود و ماتریس حوضچه جوش را تشکیل می‌دهد. هسته روان‌ساز یک سپر گازی محافظ و سرباره برای محافظت از فلز مذاب در برابر هوا ایجاد می‌کند.
3. ورود ذرات: ذرات کاربید بور موجود در هسته به داخل حوضچه جوش آزاد می‌شوند. به دلیل نقطه ذوب بسیار بالای آنها (بیش از 2400 درجه سانتیگراد)،  ذوب نمی‌شوند . در عوض، به صورت ذرات جامد باقی می‌مانند.
4. انجماد: حوضچه جوش منجمد می‌شود و ذرات سخت B₄C را در ماتریس فلزی سخت‌تر و انعطاف‌پذیرتر به دام می‌اندازد. نتیجه، تشکیل یک لایه کامپوزیت ماتریس فلزی (MMC) روی سطح قطعه است.

۴. ملاحظات و چالش‌های حیاتی

• سختی شدید در جوشکاری: کاربید بور با آهن واکنش می‌دهد. در دمای قوس، می‌تواند حل شود و بوریدهای آهن تشکیل دهد که بسیار سخت اما بسیار شکننده هستند. این می‌تواند منجر به موارد زیر شود:
  • حساسیت بالا به ترک: رسوب جوش به دلیل تنش‌های پسماند بالا و شکنندگی، مستعد ترک خوردن است. پیش‌گرمایش و کنترل دقیق دمای بین پاسی  کاملاً حیاتی است .
  • نیاز به تخصص: این سیم جوش برای جوشکاران تازه کار مناسب نیست. به اپراتورهای بسیار ماهری نیاز دارد که رویه‌های مربوط به روکش سخت مواد شکننده را درک کنند.
• موجودی محدود: سیم‌های سخت‌کاری استاندارد و رایج از کاربیدهای کروم یا کاربیدهای تنگستن استفاده می‌کنند. سیم‌های کاربید بور یک محصول خاص و ویژه هستند. احتمالاً باید با تولیدکنندگان تخصصی سیم سخت‌کاری تماس بگیرید، نه با تأمین‌کنندگان عمومی جوشکاری.
• هزینه: کاربید بور ماده‌ای گران‌قیمت است. این سیم به‌طور قابل‌توجهی گران‌تر از آلیاژهای سخت‌پوششی استاندارد خواهد بود.
• قابلیت ماشینکاری: رسوب جوش نهایی  با ابزارهای معمولی قابل ماشینکاری نیست و فقط با سنگ زنی با چرخ های الماس یا نیترید بور مکعبی (CBN) قابل پرداخت است.

۵. مقایسه با سیم‌های سخت‌پوششی جایگزین

نتیجه‌گیری

1. آیا سایش به اندازه کافی شدید است که هزینه و پیچیدگی آن را توجیه کند؟ برای 90٪ از کارهای سختکاری، یک سیم کاربید کروم یا کاربید تنگستن کافی خواهد بود و استفاده از آن بسیار آسان‌تر است.
2. آیا جوشکاران ماهر و کنترل‌های سختگیرانه‌ای (به‌ویژه پیش‌گرمایش) برای جلوگیری از ترک‌خوردگی دارم؟ در غیر این صورت، احتمالاً پروژه با شکست مواجه خواهد شد.