فولاد یکی از متداول‌‌ترین مواد در دنیا است. این فلز به علت استحکام کششی و کارایی بی‌همتایش به صورت گسترده در کاربردهایی نظیر ساختمان‌سازی تا طراحی زینتی به‌کار گرفته‌می‌شود. فولاد دارای درجات مختلفی است که هر کدام استحکام متفاوتی دارند و مناسب برای نوع خاصی از پروژه‌ها هستند. قابلیت جوش‌‌دادن فولاد به میزان سختی آن بستگی‌دارد. سختی هم به ترکیبات شیمیایی به خصوص میزان کربن بستگی‌دارد. عناصر آلیاژی دیگر که نقش کمتری در سختی فولاد دارند شامل منگنز، مولیبدن، کروم، واندانیوم، نیکل و سیلیکون هستند. بنابراین قبل از این که بتوانید به خوبی این فلز پرکاربرد را جوش دهید، می‌بایست ابتدا آن را جوش دهید.

انواع فولاد

براساس انجمن آهن و فولاد آمریکا(AISI)، فولاد بر اساس ترکیب شیمیایی دارای چهار گروه اصلی است. هر گروه دارای میزان متفاوتی کربن بوده و در نتیجه جوش‌‌دادن فولاد در هر گروه نسبت به سایرین متفاوت است. فولادها شامل چهار گروه فولاد کربن‌دار، فولاد آلیاژی، فولاد ضدزنگ و فولاد ابزاری می‌شوند.

فولاد کربن‌دار

میزان سادگی جوش‌دادن فولاد به میزان کربن وابسته‌است. هر جه میزان کربن بیشتر باشد، جوش‌دادن سخت‌تر است. این به آن دلیل است که افزایش کربن، فولاد را مستعد ترک‌خوردن می‌کند. هرچند بیشتر فولادهای کربن‌دار را همچنان می‌توان جوش‌داد.

فولاد با کربن کم یا ملایم

این نوع فولادها دارای کمتر از ۰٫۳ درصد کربن و بیش از ۰٫۴ درصد منگنز هستند. فولادهای کم کربن با درصد کربن بین ۰٫۱۵-۰٫۳ و منگنز بالای ۰٫۹ درصد را به خوبی می‌توان جوش‌داد. انواع با کربن کمتر از ۰٫۲ درصد ایده‌آل هستند. تا زمانی که ناخالصی‌ها کم نگه‌داشته‌شوند، این مواد به ندرت در زمان جوش‌دادن فولاد مشکلی ایحاد‌می‌کنند.

فولادها با میزان کربن بالای ۰٫۲۵ درصد در موارد خاصی مستعدد ترک‌خوردن هستند. از طرف دیگر فولادها با درصد کربن کمتر از ۰٫۱۲ درصد می‌تواند نسبت به تخلخل حساس باشند. جوش‌دادن همه فولادهای کم کربن‌ با روش‌های متداول جوشکاری امکان‌پذیر است. اما فولاد با میزان بالای کربن بهترین پاسخ را به فرایندهای دارای هیدروژن کم یا پرکننده با هیدروژن کم می‌دهد‌.

فولاد با کربن متوسط

این نوع از فولادها دارای ۰٫۳-۰٫۶ درصد کربن و ۰٫۶-۱٫۶۵ درصد منگنز هستند. فولاد با کربن متوسط قوی‌تر از فولاد با کربن کم است ولی سخت‌تر جوش می‌خورد. این بدان سبب است که این نوع فولاد مستعد ترک‌خوردن است. فولاد با کربن متوسط را باید همیشه با استفاده از روش‌های جوشکاری کم هیدروژن یا پرکننده‌های هیدروژنی کنترل‌شده جوش‌داد.

فولاد با کربن بالا یا فولاد ابزار کربنی

این نوع فولاد ۰٫۶-۱ درصد کربن و ۰٫۳-۰٫۹ درصد منگنز دارد. فولادهای ابزار بسیار سخت و مستحکم هستند ولی بدون ترک‌خوردن به سختی جوش‌می‌خورند. این نوع فولاد وقتی گرمادهی شود سخت و شکننده می‌شود.

در زمان جوش‌دادن فولاد، نیاز است تا فلز از قبل حرارت‌دهی شود، دمای گذار به خوبی کنترل شود و تنش درونی پس از جوشکاری تخلیه شود. همچنین باید از روش های هیدروژن کم یا پرکننده با هیدروژن کم برای جوشکاری این نوع فولاد استفاده کرد.

جوش‌دادن فولاد

فولاد کربن-منگنز

این نوع فولاد دارای ۰٫۱۵-۰٫۵ درصد کربن و ۱-۱٫۷ درصد منگنز است. به طور کلی این فولادها قابلیت جوش‌داده‌شدن را دارند. اما بعضی از آن‌ها قبل از جوشکاری نیاز به گرم شدن دارند. در زمان جوش‌دادن فولاد کربن-منگنز پیشنهاد می‌شود‌ از فرایندهای دارای هیدروژن کم یا پرکننده با هیدروژن کنترل‌شده استفاده کنید.

همانند بسیاری دیگر از انواع فولاد، فولادهای این گروه‌ هم  قابلیت جوش‌خوردن را دارند اما میزان این قابلیت باز هم به مقدار کربن وابسته‌است. همچنین باید گفت که در فولادهای آلیاژی توانایی جوش‌خوردن به میزان برابری کربن با دیگر عناصر منگتز، کروم، مولیبدنوم، وانادیوم و نیکل بستگی‌دارد.

فولاد آلیاژی

این گروه طیف وسیعی را پوشش می‌دهد. این‌ها فولادهای کربن داری هستند که به صورت گسترده با دیگر عناصر مثل کرم، منگتز، کوبالت، مولیبدنوم، نیکل، تنگستن، وانادیوم و کروم-وانادیوم آلیاژ شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند.

فولادهای آلیاژی دارای سختی خوب، میران بالای مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و توانایی کم در جوش‌خوردن هستند. این نوع از فولادها در طول جوشکاری ترک می‌خورند. مگر آن که به پیش‌گرمایش، دما‌های گذار، سرد کردن و اقدامات پس از جوشکاری توجه شود. استفاده از فرایندهای دارای هیدروژن کم یا پرکننده با هیدروژن کنترل کننده برای کنترل احتمال ترک‌خوردن پیشنهاد می‌شود.

فولاد نیکل

فولاد نیکل نوع خاصی از آلیاژ فولاد است. این نوع فولاد به اندازه‌ای متفاوت است که نام خاص خود را دارد. این نوع فولاد دارای ۱-۳ درصد نیکل است و می‌بایست با فرایندهای دارای هیدروژن کم جوش‌داده‌شود.

هر چه نیکل بیشتر باشد، سختی فولاد بیشتر می‌شود. سختی بیشتر‌ به این معنی است که جوش‌دادن فولاد سخت‌تر خواهد بود. فولادی که دارای ۵-۹ درصد نیکل است، دارای توانایی جوش خوردن ضعیفی دارد. خیلی بعید است که فولاد نیکل بدون احتمال ترک خوردن جوش داده شود. در هنگام جوشکاری فولاد نیکل فرایندهای دارای هیدروژن کم یا پرکننده با هیدروژن کنترل‌کننده است.

فولاد ضدزنگ

فولاد ضدزنگ گروهی از آلیاژ‌ها با حداقل ۱۰٫۵ درصد است. این نوع از فولاد به علت مقاومتش در مخرب‌ترین شرایط، به صورت گسترده ترجیح داده می.شود. فولاد ضدرنگ معمولا با تعدادی عناصر آلیاژ می‌شود تا خواص مکانیکی و مقاومت در برابر زنگ‌زدگی آن بهبود پیدا کند. این عناصر آلیاژی همچنین بر روی جوش دادن فولاد هم موثر هستند.

فولاد ابزاری

همانند فولاد کربن‌دار توانایی جوش خوردن فولاد با بیش از ۰٫۲ درصد کربن ضعیف است که به علت میزان سختی و احتمال ایجاد ترک در آن‌ها است. فولاد ابزاری دارای ۰٫۳-۲٫۵ درصد کربن هستند و در نتیجه جوش دادن آن‌ها دشوار است. حتی بسیاری از تولید‌نندگان مخالف جوش دادن این نوع فولاد هستند. هرچند با وسایل، تکنیک‌ها و روش‌های پیشرفته جوشکاری ممکن است تا افرادی با توانایی بالا بتوانند این نوع فولاد را جوش بدهند.

عوامل منفی موثر در جوش دادن فولاد شامل موارد زیر هستند:

جوش‌دادن فولاد: تخلخل

گاز محافظ نامناسب(shield gas) سبب آلودگی اتمسفر محیط جوشکاری می‌شود که معمولا سبب ایجاد تخلخل می‌شود. برای جلوگیری از چنین اتفاقاتی می‌بایست تمام تنظیمات وسایل جوشکاری خود را چک کنید.

جوش‌دادن فولاد: عدم گداخت

زمانی که انرژی کافی توسط فلز و مکان جوش جذب نشود، چنین مشکلی ایجاد می‌شود. برای جلوگیری باید دوباره ولتاژ و سیم تغذیه را بررسی کنید و همچنین از عجله بپرهیزید.

برخی واژه های تخصصی

انجمن آهن و فولاد آمریکا: American Iron & Steel Institute

فولاد ملایم/کربن متوسط: Mild Steel

فرایندهای دارای هیدروژن کم: low-hydrogen process

پرکننده: filler

دمای گذار: Interpass Temperature

پیش گرمایش: Preheating

فولاد ابزار کربنی: carbon tool steel