بررسی دلایل کاهش تعداد برش‌های تیغ‌های میلگرد در فرآیند جوشکاری فورجینگ

فرآیند تولید و آماده‌سازی میلگرد یکی از مراحل کلیدی در صنعت ساخت‌وساز و پروژه‌های ع محسوب می‌شود. کیفیت اتصال میلگردها، به‌ویژه در روش جوشکاری فورجینگ (Forging Welding)، نقش تعیین‌کننده‌ای در مقاومت نهایی سازه دارد. پیش از انجام عملیات فورجینگ، برش دقیق، عمود و تمیز میلگرد اهمیت بسیار بالایی دارد؛ زیرا هرگونه نقص در سطح برش می‌تواند منجر به کاهش کیفیت جوش، ایجاد ناپیوستگی و ضعف مکانیکی در اتصال شود.

در ایران، بسیاری از میلگردها به روش ترمکس (Tempcore یا Thermex) تولید می‌شوند. این روش با ایجاد ساختار سطحی سخت و مغز نرم‌تر، خواص مکانیکی مطلوبی فراهم می‌کند، اما همین ساختار دوگانه می‌تواند چالش‌هایی در فرآیند برش ایجاد کند. یکی از مشکلات رایج در کارگاه‌های فورجینگ، کاهش تعداد برش‌های قابل انجام توسط تیغه‌های برش (عمدتاً از جنس تنگستن کاربید یا آلیاژهای مقاوم به سایش) است که موجب افزایش هزینه‌های مصرفی و توقف‌های مکرر خط تولید می‌شود.

در این مقاله، مهم‌ترین عوامل مؤثر بر کاهش عمر مفید تیغ‌های برش میلگرد در فرآیند فورجینگ بررسی می‌شود

1. سختی غیرعادی سطح میلگرد (ناشی از فرآیند ترمکس)

در روش ترمکس، پس از نورد گرم، سطح میلگرد به‌سرعت با آب خنک می‌شود و ساختار مارتنزیتی سخت در لایه بیرونی شکل می‌گیرد، در حالی که مغز میلگرد ساختاری نرم‌تر (فریتی-پرلیتی) دارد. اگر فرآیند خنک‌کاری به‌درستی کنترل نشود، سختی سطحی ممکن است از محدوده استاندارد فراتر رود.

افزایش بیش از حد سختی سطحی موجب می‌شود:

• مقاومت سایشی میلگرد بالا رود
• تنش تماسی بین تیغه و سطح افزایش یابد
• لب‌پریدگی (Chipping) در تیغه‌های کاربیدی رخ دهد
• دمای موضعی در محل برش افزایش یابد

در چنین شرایطی تیغه‌ها یا به‌سرعت کند می‌شوند یا دچار شکست ترد می‌گردند. این مسئله به‌ویژه در میلگردهای قطر بالا یا کلاس‌های مقاومتی بالاتر. (مانند A3 و A4) شدیدتر است

2. وجود سیمان، زنگ‌زدگی و آلاینده‌های سطحی

در کارگاه‌های ساختمانی، میلگردها اغلب در فضای باز نگهداری می‌شوند و در معرض موارد زیر قرار می‌گیرند:

• گرد و غبار و ذرات سیلیسی
• باقی‌مانده سیمان و ملات
• پوسته اکسیدی ضخیم (Mill Scale)
• زنگ‌زدگی سطحی

ذرات سیلیسی و سیمانی خاصیت سایندگی بالایی دارند و هنگام برش، مانند یک ماده ساینده بین تیغه و میلگرد عمل می‌کنند. این پدیده باعث افزایش نرخ سایش سایشی. (Abrasive Wear) در تیغه می‌شود

همچنین پوسته اکسیدی سخت روی سطح میلگرد می‌تواند در لحظه تماس اولیه با تیغه، ضربه موضعی ایجاد کرده و موجب ترک‌های ریز در لبه برش شود که در ادامه به شکست کامل تیغه منجر می‌گردد.

3. عدم مهارت و آموزش ناکافی اپراتور

عامل انسانی نقش بسیار مهمی در عمر ابزار دارد. برخی خطاهای رایج اپراتورها عبارتند از:

• - اعمال فشار بیش از حد هنگام برش
• - عدم تنظیم صحیح سرعت دوران تیغه
• - انتخاب نادرست تیغه متناسب با قطر میلگرد
• - عدم کنترل هم‌راستایی میلگرد با محور برش
• - استفاده از تیغه کند برای برش‌های بعدی

اعمال فشار بیش از حد موجب افزایش تنش مکانیکی و حرارتی در تیغه می‌شود. همچنین عدم رعایت زاویه صحیح برش می‌تواند سبب ایجاد بار جانبی. (Side Load) روی تیغه گردد که یکی از دلایل اصلی شکست کاربیدها است

آموزش صحیح اپراتورها و تدوین دستورالعمل اجرایی (SOP) می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی تعداد برش‌های قابل انجام را افزایش دهد

4. خرابی دستگاه اره، ناهماهنگی مکانیکی و لرزش گیربکس

عملکرد مناسب دستگاه برش تأثیر مستقیمی بر طول عمر تیغه دارد. مشکلات فنی زیر از عوامل مهم کاهش عمر تیغه هستند:

• - لقی در یاتاقان‌ها
• - تاب داشتن شفت
• - خرابی گیربکس
• - عدم بالانس تیغه
• - لرزش بیش از حد (Vibration)

لرزش باعث ایجاد ضربه‌های متناوب به لبه تیغه می‌شود. این ضربات منجر به خستگی حرارتی و مکانیکی شده و ترک‌های ریز ایجاد می‌کند که در نهایت باعث لب‌پریدگی یا شکست کامل تیغه می‌شود.

 تغییر در موتور الکتریکی اره برش و استفاده کردن از موتور مینی سنگ های بوش و توسان و هیکوکی و... به جای موتور فابریک اره های ژاپنی یکی از مشکلات بزرگ در فورجینگ هست که علاوه بر بالا بردن مصرف تیغه و شکست تیغه ها باعث آسیب به گیربکس و چرخ دنده های آن میگردد. همچنین در صورت پایین بودن گشتاور واقعی دستگاه یا نوسان دور موتور، فرآیند برش یکنواخت نخواهد بود و این مسئله به افزایش استهلاک ابزار و تیغه منجر می‌شود.

دستگاههای ایرانی جوشکاری فورجینگ میلگرد بی کیفیت نیز به علت وجود همه این ایرادات مصرف تیغه بیشتری نسبت به نمونه های ژاپنی دارند و در بلند مدت هزینه ناپیدای بسیاری را به مصرف کننده و پیمانکار تحمیل می کمد.

5. کیفیت پایین تیغه‌های برش

تمام تیغه‌های موجود در بازار از کیفیت یکسانی برخوردار نیستند. تفاوت در موارد زیر می‌تواند تأثیر مستقیم بر عمر ابزار داشته باشد:

• - درصد کبالت در کاربید
• - اندازه دانه‌های کاربید
• - کیفیت عملیات زینترینگ
• - نوع پوشش سطحی (در صورت وجود)

تیغه‌های بی‌کیفیت چینی مثل گلوبال و کت و آلبرتو و سامورایی معمولاً تخلخل بیشتری دارند و مقاومت ضربه‌ای پایین‌تری نشان می‌دهند، در نتیجه تعداد برش‌های کمتری قبل از خرابی خواهند داشت.

6. عدم استفاده از سیستم خنک‌کاری مناسب

افزایش دمای موضعی در هنگام برش می‌تواند باعث:

• - نرم شدن نسبی لبه تیغه
• - ایجاد شوک حرارتی
• - تسریع اکسیداسیون سطح ابزار

استفاده از سیستم خنک‌کاری مناسب (در صورت مورد فورجینگ فقط باد خنک و هوای سرد) یا حداقل کنترل سرعت و فشار برش برای کاهش تولید حرارت، یعنی توقف و استراحت به تیغه بین هر تعداد برش می‌تواند عمر تیغه را افزایش دهد.

راهکارهای پیشنهادی برای افزایش عمر تیغه‌ها

برای افزایش تعداد برش‌های قابل انجام و کاهش هزینه‌های مصرفی، اقدامات زیر پیشنهاد می‌شود:

1. کنترل سختی میلگردهای ورودی و همکاری با تولیدکنندگان معتبر

2. پاک‌سازی سطح میلگرد پیش از برش در صورت آلودگی شدید

3. تدوین دستورالعمل استاندارد برش و آموزش اپراتورها

4. سرویس و نگهداری دوره‌ای دستگاه‌های برش

5. استفاده از تیغه‌های باکیفیت و متناسب با قطر میلگرد

6. کنترل لرزش و بالانس سیستم مکانیکی

7. ثبت و تحلیل آماری تعداد برش هر تیغه جهت پایش عملکرد

نتیجه‌گیری:

کاهش تعداد برش‌های تیغ‌های میلگرد در فرآیند فورجینگ پدیده‌ای چندعاملی است که از ترکیب عوامل متالورژیکی، مکانیکی، محیطی و انسانی ناشی می‌شود. سختی غیرعادی سطح میلگردهای ترمکس، وجود آلاینده‌های ساینده، ضعف مهارتی اپراتور، مشکلات فنی دستگاه و کیفیت پایین تیغه‌ها از مهم‌ترین دلایل این مسئله هستند.

با اتخاذ رویکردی سیستماتیک شامل کنترل کیفیت مواد اولیه، بهبود نگهداری تجهیزات، آموزش نیروی انسانی و انتخاب ابزار مناسب، می‌توان عمر مفید تیغه‌ها را افزایش داده، هزینه‌های تولید را کاهش داد و کیفیت اتصالات فورجینگ را بهبود بخشید.