جوشکاری به انگلیسی با اصطلاح welding شناخته شده و از روشهای اتصال دهی بسیار پرکاربرد محسوب میشود.
در تعریف جوشکاری ایدهآل باید گفت به محل اتصالی اطلاق میشود که به هیچ طریقی نتوانیم آن را از قسمتهای دیگر قطعه تشخیص دهیم. چه به لحاظ شیمیایی، چه مکانیکی و چه از لحاظ نظم اتمی! رسیدن به چنین جوش ایدهآلی نیازمند تکنیکهایی است که در کاربردهای ویژه، ضروری به نظر میرسد. در صنعت، این مسئله اصلاً عمومیت ندارد چراکه همیشه بحث هزینه و مقرونبهصرفه بودن مطرح است.
بهطورکلی عمل اتصال جوشکاری با دو مکانیزم اصلی انجام میشود:
در این روش جوش دادن، به وسیله یک منبع حرارتی مثل شعله، قوس الکتریکی، اشعه، لیزر و غیره عمل ذوب روی بخشی از سطح اتفاق انجام میشود. زمانی که منبع حرارتی را برمیداریم بخش مذاب در آن عمل انجماد رخ میدهد. انجماد یعنی دوباره منظم شدن اتمها و مولکولها در کنار هم و در اثر این اتفاق یک نیروی چسبندگی یا کشش بین اتمها به وجود میآید.
جهتگیری اتمها میتواند یکسان یا متفاوت باشد که تعیینکننده خواص مکانیکی جوش است. درنهایت این فرآیندها موجب اتصال دو تکه به هم میشود. هرچقدر بتوان فرایند پیشرفتهتری را در این روش ابداع کرد، منطقه کوچکتری ذوب شده، اتصال سریعتر برقرار میشود و وضعیت مطلوبتری از جوش، حاصل میشود.
جوشکاری ترمیت یکی از انواع جوشکاری ذوبی است که اغلب در اتصال ریلهای راه آهن کاربرد دارد. پیشنهاد میکنیم که فیلم جوشکاری ترمیت خطوط راه آهن را ببینید تا این فرایند را بهتر بشناسید.
در فرایند های جوشکاری حالت جامد یا غیرذوبی از طریق اعمال فشار و تغییر شکل، عمل اتصال انجام میشود. این روش، مخصوص فلزات نرم از جمله نقره، مس و آلومینیوم است و در دمای محیط هم این اتصال میتواند برقرار شود. اما در مورد بعضی فلزات مثل فولاد شاید در دمای محیط خیلی راحت نتوان به این هدف رسید و باید قطعه را تا ۴۰۰ یا ۵۰۰ درجه سانتیگراد گرم کرد و بعد این عمل را روی آن انجام داد. قدیمیترین روش جوشکاری مربوط به فرآیند جوشکاری فورجی، جوشکاری پتکهای یا جوشکاری آهنگری است.
تتکنیک سومی نیز وجود دارد که دیگر نام جوشکاری به آن اطلاق نمیشود. در اینجا لایه هوا و ناهمواریهای سطح به کمک ماده ثالثی پر میشود. یعنی این تکنیک اصراری بر ذوب شدن یا تحتفشار قرار دادن دو تکه ندارد، بلکه توسط پل واسطهای اتصال انجام میشود. اگر پل واسطه فلزی باشد، همان لحیمکاری است و بسته به نقطه ذوب آلیاژ، به دو دسته لحیمکاری نرم یا زود ذوب و لحیمکاری سخت یا دیرذوب تقسیم میشود. در مقابل، پل واسطهی غیرفلزی شامل انواع چسبهاست.
وجه اشتراک فرآیندهای قوسی، استفاده از انرژی الکتریکی است، بنابراین به توضیح مقدماتی در این رابطه میپردازیم.
تعریف قوس: قوس الکتریکی پدیدهای است که ما در اطراف خود آن را با اسم دیگری میشناسیم و میبینیم. مثلا پدیده رعد و برق نوعی قوس الکتریکی است که بین دو لایه ابر به وجود میآید. همینطور جرقه ای که روی شمع اتومبیل زده می شود که به صورت موقتی است. به بیان دیگر که ممکن است چندان دقیق هم نباشد تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نورانی و حرارتی را قوس مینامند.
از قوس الکتریکی علاوه بر فرایند جوشکاری، در برش دادن هم استفاده میکند.
چند نوع قوس در جوش کاری مطرح است. اکثر قوسها بین دو فلز ایجاد میشود که یکی از آنها الکترود و دیگری، قطعه کار نامیده میشود. هر کدام دارای قطب مثبت و منفی شده و بین آنها قوس الکتریکی ایجاد میشود. به این حالت قوس مستقیم میگویند.
اما فرایند جوشکاری روی سرامیکها و ایجاد قوس به طریق بالا امکان پذیر نیست چرا که سرامیکها هادی جریان الکتریکی نیستند. بنابراین قوس بین دو الکترود ایجاد شده و به صورت غیرمستقیم قطعه سرامیکی را ذوب یا خمیر کرده و یا برش داده میشود.
قوس بین الکترود و قطعه کار را میتوان به دو دستهی الکترود مصرفی و الکترود غیرمصرفی تقسیمبندی کرد. در الکترود مصرفی حرارت قوس، هم قطعه کار و هم الکترود جوشکاری را ذوب می کند و منطقهی جوش، آمیزه از هر دو فلز است.
در الکترود غیرمصرفی، مثل الکترود تنگستن یا کربن، خود الکترود ذوب نمیشود و حرارت قوس صرفاً قطعه کار را ذوب میکند.
دمای قوس الکتریکی بسیار بالاست و تمام فلزات زیر قوس الکتریکی ذوب شده، حتی ممکن است بخار شوند. اما این که دمای قوس چقدر باشد به عواملی از جمله محل ایجاد قوس، شدت جریان عبوری، جنس الکترود، جنس قطعه کار و جنس گاز محافظ بستگی دارد و معمولا مقداری متغیر بین ۴۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰ درجه کلوین دارد.
در اصطلاح عامیانه به آن جوش برق یا جوشکاری SMAW هم میگویند. (در صنعت، نام عامیانهی جوش برق به جوشکاری الکترود دستی و جوش گاز به جوشکاری اکسی استیلن اطلاق میشود).
فرایند جوشکاری برق، زیر مجموعهای از جوشکاری با انرژی الکتریکی و جوش کاری قوسی با محافظت سرباره است.
بیشترین کاربرد جوشکاری در صنعت کشور ما از کارگاههای کوچک تا کاربردهای آن در واحدهای بزرگ صنعتی مربوط به این روش است. در گذشته جوشکاری با سیم فلزی لخت انجام میشد. اما پس از مدتی، ساخت الکترودهای پوشش دار جهت سهولت در جوشکاری با کیفیت بهتر مطرح شد.
صنعتگری سوئدی بنام اسکار جلبرگ، با فرو بردن سیم آهنی در ترکیب غلیظی از کربنات و سیلیکات و سپس خنک کردن آن، الکترود فلزی پوشش دار را اختراع نمود. به همین دلیل بحث پوشش الکترود مطرح شد و ترکیبات پوشش اهمیت یافت.
دستگاه جوش (power source) : در این فرایند از هر چهار نوع مولد نیرو (دستگاه جوشکاری) یعنی ترانسفورماتور، رکتیفایر، دینام و موتور جوش استفاده میشود. محدوده جریان این فرآیند بین ۵۰ تا ۳۰۰ آمپر است و در موارد خیلی خاص و برای الکترودهای خیلی باریک نیاز به دستگاهی با جریان زیر ۵۰ آمپر داریم. نکته دیگری که در اینجا مطرح است سیکل تناوب است که در کاتالوگ دستگاه درج میشود.
وسایل کمکی: وسایلی از قبیل کابل، گیره، انبر، برس، پیشبند، ماسک و غیره نیز اهمیت دارد. به عنوان مثال ماسک، یک شیشه تار بوده و جلوی بخشی از امواج مضر برای چشم و پوست را میگیرد و بر اساس نوع الکترود، میزان آمپر و نوع فرآیند درجه تاری آن تغییر کرده و معمولاً به صورت نمره بیان میشود.
الکترود: الکترودها به طور کلی از دو بخش هسته و پوشش تشکیل شده که هسته معمولاً فلزی و پوشش از مواد سرامیکی ساخته شده و بر اساس نوع پوشش به چند دسته تقسیم میشوند که می توان به الکترودهای سلولزی، روتیلی، روتیل قلیایی، اکسیدی، اسیدی و قلیایی اشاره کرد.
استاندارد الکترودهای جوشکاری در کلاس های استاندارد آلمان (DIN)، ژاپن (JIS)، اروپا (EN)، امریکا (AWS) و استاندارد بین المللی (ISO) تقسیم بندی میشوند. استاندارد زیر مثالی از نحوه خوانش اینگونه استانداردها است.
درباره انتخاب نوع الکترود نیز باید به عوامل مختلفی از جمله جنس قطعه که میتواند مربوط به ترکیب شیمیایی یا ریزساختاری قطعه شود، شرایط جوشکاری که شامل نوع تنش، میزان تنش، دما و خورندگی محیط، نوع جریان الکتریکی، وضعیت جوشکاری و غیره و همچنین سهولت کار و قیمت توجه داشت.
برای از بین بردن این گونه محدودیتها بهخصوص در بحث تعویض الکترود، ابداعاتی صورت گرفته که میتوان به انواع روش های جوشکاری با الکترود دستی پوششدار مداوم، الکترود توپودری و یا جوشکاری زیرپودری اشاره کرد.
در جوشکاری زیرپودری یا جوشکاری SAW، فلز الکترود و مواد روانساز از یکدیگر جدا هستند. از یک کلاف سیم توپر استفاده شده و توسط قرقرههایی به سمت پایین و به طرف محل جوش حرکت داده میشود. کل مجموعه از داخل نازلی که به جریان الکتریکی متصل است عبور میکند.
در این نوع جوشکاری، به منظور حذف فرایند تعویض الکترود، الکترود، بدون پوشش بوده و جایی که نیاز به پوشش است، از فلاکس داخل یک مخزن استفاده میشود.
در اثر حرارت قوس، بخشی از پودر فلاکس که روی کار ریخته شده است ذوب میشود. سپس سیم و قطعه کار هم ذوب شده و به این ترتیب عملیات جوشکاری انجام میشود. پوشیده شدن حوضچهی مذاب با این دانههای ریز و پودرها، موجب حفاظت حوضچه از طریق ایجاد یک سرباره میشود. این فرایند، جوشکاری قوس مخفی نیز نام دارد.
ماشین جوش (مولد نیرو از نوع ترانس و یا رکتیفایر) و سیستمهای کنترلکننده، تجهیزات اصلی این فرایند هستند.
سیستمهای کنترلکننده شامل:
از فرآيند جوش كاري قوس زيرپودري بيشتر براي جوشكاري صنعتی قطعات ضخيم، خط جوشهاي طويل مثل صنايع لولهسازي، کشتیسازی، جوشکاری اسکلتهای فلزی و ساخت مخازن استفاده میشود. یکی از کاربردهای متداول جوشکاری زیرپودری در ساخت لوله اسپیرال است.
کیفیت انجام فرایند جوشکاری، از عوامل موثر بر کیفیت نهایی و قیمت لوله اسپیرال خواهد بود.
در فرآيند جوش کاری قوسي با الکترود مصرفی تحت پوشش گاز محافظ، از الکترود بدون پوشش استفاده شده و براي محافظت از حوضچهی مذاب جوشکاری، از یک گاز كم اثر يا بی اثر در فضاي قوس و اطراف حوضچه مذاب استفاده میشود. گاز محافظ از طريق كپسول و لولههاي انتقال به آرامي به اطراف قوس هدايت شده و حفاظت مناسب را ايجاد ميكند.
در اين فرآيند که با نام جوشکاری GMAW نیز شناخته میشود، چنانچه از گاز محافظ خنثي يا بی اثر از جمله گاز آرگون یا هليوم استفاده شود (بهخصوص برای فلزاتی که در مقابل اتمسفر حساسیت بالایی دارند از جمله آلومینیوم و فولاد زنگ نزن) به آن جوشکاری MIG (میگ) میگویند و جوشکاری MAG (مگ) نام همین فرایند است اگر از گاز نيمه فعال مانند CO2 استفاده شود. بنابراین جوشکاری co2 زیرمجموعه جوشکاری MAG محسوب میشود.
تجهیزات کلی و جانبی این فرایند نیز مانند فرایندهای قبلی جوشکاری قوسی است با این تفاوت که نیاز به یک سیستم تامین گاز محافظ نیز داریم. گاز محافظ از کپسول به كمك رگلاتور و شیلنگ به مشعل جوشکاری منتقل می شود.
دبی سنج، شلنگ هدایتکننده و یک هیتر به منظور تبدیل CO2 مایع درون کپسول به گاز، از سایر تجهیزات سیستم تامینکننده گاز محسوب میشود. علاوه بر این موارد نیز به یک سیستم خنککننده (مبرد) که میتواند هوا باشد یا سیستمی شبیه به رادیاتور ماشین و استفاده از آب به منظور خنک کردن محل جوشکاری، نیاز است. مجموعهی نگهدارندهی الکترود، سیستم خنککننده، نازل ترموستات و گاز محافظ در مشعل تفنگی(Gun torch) قرار دارد.
از عیوب این روش می توان به گران بودن تجهیزات آن، حساسیت بالا به وزش باد و همچنین سریع سرد شدن منطقه حوضچه مذاب اشاره کرد.
اين نوع جوشكاري بهدليل تداوم جوشكاري و عدم توقف ناشي از تعويض الكترود به صورت اتومات و با استفاده از رباتها در صنايع مختلف مثل: اتومبيلسازي، واگنسازي، كشتیسازي و ساير سازههاي فلزي كاربرد وسيعي دارد.
این فرایند با عنوان جوشکاری آرگون یا جوشکاری تیگ نیز معروف است. باید گفت که این یک غلط رایج است. چون در آن میتوان از گاز هلیم یا مخلوطی از هلیم و آرگون نیز استفاده کرد. این فرایند معمولا برای جوشکاریهای حساس که کیفیت بالایی مدنظر است مورد استفاده قرار میگیرد.
جوشکاری TIG یکی ديگر از فرایندهای جوشکاری قوسی است كه در آن قوس بين الكترود غيرمصرفي ديرذوب تنگستن و قطعه كار برقرار میگردد و باعث ذوب فلز پايه و ايجاد حوضچه مذاب روي قطعه كار میشود
مشاهده فیلم آموزش جوشکاری تیگ میتواند به شما در درک بهتر این فرایند کمک کند.
دقیقا مشابه روش جوشکاری میگ بوده با این تفاوت که الکترود مورد استفاده، الکترود غیرمصرفی دیرذوب تنگستن میباشد.
گران بودن تجهیزات و دستگاهها، بحث مسائل ایمنی بصورت شدیدتر و حساسیت بالا در برابر جریان باد از محدودیتهای این روش جوشکاری است.
صنایع موشکی و کاربردهای نظامی و تعمیرات برخی نیروگاهها، جوشکاری آلومینیوم، مس، تیتانیوم، منیزیم و فولادهای زنگ نزن، کاربردهای مربوط به صنایع غذا و دارو که کیفیت و حساسیت بالا مد نظر است.
جوشکاری اکسی استیلن یکی از متداولترین انواع فرایندهای جوش کاری در صنعت ایران محسوب میشود و در بین جوشکارهای سنتی به نام جوش کاربید یا جوشکاری کاربیت نیز شناخته میشود. این فرایند، از نظر تعداد واحدهایی که از آن استفاده میکنند در رتبه دوم و از نظر حجم و تناژ تولید محصولات با این روش در رتبه چهارم یا پنجم قرار دارد، چون این روش بیشتر مورد استفاده برای کاربردهای ظریف است.
جوشكاري اكسی استيلن فرآیندی است که از انرژی حرارتی ناشی از سوختن یک گاز سوختنی مثل استیلن
برای ذوب کردن درز اتصال و سیم جوش فلزی بدون روپوش استفاده میشود. در كپسولها، گاز اکسیژن و استیلن به صورت فشرده وجود دارد. فشار گازها توسط رگلاتورها کاهش یافته و تنظیم میشود و از طریق دو شیلنگ لاستیکی به طرف مشعل هدایت میشوند.
علاوه بر سه راهی و رگلاتور، شیر یک طرفه نیز در مسير گازها نصب میشود تا مانع از برگشت گاز و شعله به طرف کپسول شود.
در طیف وسیعی از کاربردهای خرد از جمله صافکاری خودرو تا کاربردهای کلان واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.
استفاده فراوان در صنعت لولهکشی و نیز تعمیرات سایر فرایندهای جوش کاری دارد.
ااین دسته از فرایندها که با نام جوشکاری ERW نیز شناخته میشوند، از انرژی الکتریکی (البته بدون وجود قوس الکتریکی) استفاده میکنند. در این فرایند، جریان الکتریکی از یک مقاومت عبور میکند و بر اساس قوانین الکتریکی، حرارت ایجاد شده موضع مورد نظر را گرم و خمیری و حتی ذوب کرده و عمل جوشکاری انجام میشود. در واقع اتصال دو سطح در اثر حرارت ناشي از اعمال جریان الکتریکي و فشار مکانیکي بهصورت همزمان ایجاد ميشود.
بالا بودن مقاومت الکتریکي و عبور جریان الکتریسیته در محل تماس دو سطح، بر اساس قوانین الکتریکی، حرارت ایجاد میکند. با این کار، موضع مورد نظر را گرم، خمیری و حتی ذوب شده و عمل جوشکاری انجام میشود. سپس فشار لازم نیز از طریق الکترودها به محل اتصال وارد میشود و فصل مشترك که در اثر عبور جریان برق با آمپر زیاد خمیری شده را در هم ادغام میکند.
اجراي جوشکاري مقاومتی از سرعت بالایي برخوردار است و در این فرآیند از ماده مصرفي مثل سیم جوش
یا الکترود مصرفي استفاده نميشود. همچنین فرآیند جوشکاري مقاومتی از قابلیت اتوماسیون بالایي برخوردار است.
ترانس و الکترود دو بخش اصلی این فرایند محسوب میشود و همچون فرایندهای پیشین، مواد مصرفی نداریم.
براي جوشکاري ورقهاي بسیار نازك و متوسط عملکرد خوبي دارد.
فرآیند جوش کاري مقاومتي در صنایع خودروسازي، کابینتسازي و لوازم خانگي کاربرد وسیعي دارد.
برچسب های مهم