تاثیر گازها به فلزات

در فرآیندهای جوشکاری، مخصوصا" روشهای ذوبی، فلز مذاب جوش باید از تماس با هوای اطراف دور نگه داشته شود زیرا وجود گازهای مخرب مثل اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و غیره که حجم اصلی هوا را تشکیل می دهند، سبب بروز مشکلات زیادی در سطح و عمق جوش می گردد.
اکسیژن
اکثر فلزات، مبل ترکیبی زیادی با اکسیژن دارند. این تمایل با افزایش درجه حرارت و فشار، به ویژه در حالت مذاب، افزایش می یابد. مشکلات ناشی از تماس اکسیژن با حوضچه جوش به قرار زیر است.
1-اکسیدها ضعیف، ترد و شکننده هستند و محبوس شدن ذرات اکسید در داخل فلز جوش، باعث کاهش خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی سطحی می گردد.
2-پوسته پوسته شدن فیزیکی، از معایبی است که در اثر اکسایش سطحی در فولادها پدید می آید و ضمن کاهش خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی سطحی، زیبایی آن نیز از بین می برد.

3-وجود لایه های اکسیدی داخل جوش، به خصوص در جوشهای چند پاسه، علاوه بر کاهش خواص اتصالی، سبب بروز ترکهای داخلی و در نهایت شکست جوش خواهد شد. همچنین اکسیژن به دلیل کوچک بودن اندازه اتمی، می تواند در داخل ساختار فلز نفوذ کند.
نیتروژن
به جز اکسیژن، سایر گازهای موجود در هوا نیز تاثیرات تخریبی روی فلزات به خصوص در هنگام جوشکاری دارند. یکی از این گازها، نیتروژن است که چهار پنجم حجم اتمسفر را تشکیل داده است. نیتروژن با فلز، تولید نیترید می کند و لایه نیتریدی فلزی مشکلات زیر را پدید می آورند:
1-ترکیب نیترید محبوس شده در فلز جوش بیشتر باعث تردی و کاهش خواص مکانیکی می شود.
2-نیتروژن حل شده در درجه حرارتهای بالا در مذاب جوش، می تواند ضمن سرد شدن و انجماد به صورت مولکولی تبدیل شده و اگر حبابهای آن در مذاب محبوس شود، ایجاد خلل و فرج یا تخلخل و مک (porosity) کند.
3-نیتروژن به صورت اتمی نیز می تواند در حالت جامد در فلز نفوذ کرده و خواص انعطاف پذیری سطحی آن را کاهش و سختی سطحی را به شدت افزایش دهد.
هیدروژن
هیدروژن نیز مثل نیتروژن اثرات تخریبی جبران ناپذیری روی حوضچه جوش دارد. هیدروژن یا از طریق اتمسفر و یا از تبخیر آب ایجاد و وارد جوش شده، معایب جبران ناپذیری در جوش ایجاد میکند. مشکل اصلی از آنجا ناشی میشود که هیدروژن به صورت اتمی وارد جوش شده و پس از اختلاط با مذاب در هنگام سرد شدن، ضمن برقراری پیوند، تولید مولکول H2 می نمایند که پس از به هم پیوستن به صورت مک های گازی منفرد یا به هم پیوسته تولید حفره های گازی کرمی شکل به نام تونل می نمایند. به این ترتیب، اثرات مخرب هیدروژن را می توان به شکل زیر تقسیم بندی نمود:
1-هیدروژن اتمی با مکانیزم نفوذ در دانه ها و مرزدانه ها، سبب تردی و کاهش خواص مکانیکی می گردد.
2-هیدروژن حل شده در مذاب، در درجه حرارتهای پایین تر به صورت مولکولی در آمده و تولید مک های گازی می نماید که به دلیل سبک بودن، به خروج از مذاب تمایل دارند، بنابراین به دلیل انجماد سطح حوضچه، فرصت خروج نیافته و مک های گازی هیدروژنی نه در ریشه، بلکه در نزدیکی سطح و مرکز جوش محبوس می شوند. این مک ها، محل های مناسبی برای بروز ترک و شکست های احتمالی پدید می آورند.
3-از به هم پیوستن ملکولهای گازی هیدروژنی در اثر کاهش درجه حرارت و افزایش فشار مایع، حبابهای سرتاسری و کرمی شکل هیدروژنی به صورت تونل (Tunelling Defect) پدید می آید که به صورت عمودی یا افقی در طول جوش دیده می شوند. این حباب ها، به دلیل انرژی بالایی که به صورت پسماند در خود ذخیره کرده اند، مکان های مناسبی برای شروع ترک ها و شکست های احتمالی هستند.
4-اکسید فلزات توسط هیدروژن به آسانی احیا شده و تولید بخار آب می کند که عملا" در فلز جامد نامحلول است. این امر، به ایجاد تنش های داخلی (به هنگام گرم کردن فلز) منجر شده و در نهایت در قطعه ترک ایجاد می کند. به چنین پدیده ای حمله هیدروژنی (Hydrogen Attached) می گویند. این پدیده از حدود 500 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد.