انواع جوشکاری ۱۳۹۴ نوزدهم مهر

 جوشکاری قوسی

دو روش در جوشکاری قوسی وجود دارد که در ذیل ارائه می شود:

جوشکاری قوسی با سرباره محافظ ( Slog shield are welding )

روش جوشکاری قوسی با سرباره محافظ شامل روش SAW, MMA و ESW است که در ذیل به آنها اشاره می شود:

 الف- جوشکاری با الکترود شناور Submerged ArcWelding or SAW

جوشکاری برقی با الکترود لخت است که به طور خودکار با قوس الکتریکی تغذیه می شود وسر الکترود در توده ای از گرد گدازآور مستغرق است. در این فرایند، که به جوشکاری زیرپودی هم معروف است، مقداری پودر در ناحیه جوشکاری می ریزند. این پودرها، که دانه هایی از ماده تسریع کننده است، در اثر گرمای ناشی از قوس الکتریکی ذوب شده وبا عث محافظت از منطقه جوش می شود. این روش، که برای جوشکاری قطعات بزرگ وسنگین است، از یک ماده پرکننده به صورت یک سیم الکترود استفاده می شود. منبع نیروی الکتریکی به فلز پایه وماده پر کننده متصل است. فلز پرکننده که داخل نگهدارنده لوله ای شکل است در اثر تماس با سطح قطعه کار، ایجاد قوس نموده ومصرف می شود. ماده تسریع کننده یا پودر معمولاً در یک محل ذخیره ونگهداری می شود، ودر محل جوش از میان یک لوله در جلوی گیره الکترود روی محل جوش می ریزد.

 ب- جوشکاری قوس الکتروددستی: Manual metal are wwlding or mma

در این نوع جوشکاری از الکترودهایی استفاده می شود که نقش فلز تغذیه و منبع حرارتی را دارد. معمولاً در روش MMA الکترود مصرفی است وپس از مصرف شدن با الکترود دیگری جایگزین می شود. الکترودهای جوشکاری در این روش معمولاً از یک مغزی فلزی به همراه پوششهای سرامیکی وسلولوزی تشکیل شده است که این پوشش سرباره وگاز محافظ را ایجاد می کند.

پوششهای سرامیکی وسلولوزی در الکترودهای MMA دونقش عمده را دارد:

1. بر اثر حرارت، از خود محافظی ساطع می کند که می تواند از قوس و منطقه مزبور جلوگیری نماید.
   
2. پوششهای مزبور با ناخالصیهای مذاب در محل ذکر شده واکنش داده وسربارهایی را تشکیل می دهند که روی مذاب شناور بوده وپس از انجماد منطقه جوش از منطقه مذکور محافظت نموده وسرعت سرد شدن را در این منطقه کنترل می کند. باید یادآور شد که الکترودهای MMA با پوششهای ذکر شده پایداری بیشتری نیز به قوس می دهند.
   

 الکترود در جوشکاری

در جوشکاری با قوس، دونوع الکترود مصرف شدنی ومصرف نشدنی به کار گرفته می شود. الکترودهای مصرف نشدنی ممکن است از نوع کربن، گرافیت یا تنگستن باشند.

الکترودهای مصرف شدنی ر ا با توجه به محل مصرف وترکیب شیمیایی فلزاتی که باید به هم متصل شوند، می توان از آلیاژهای مختلف مس، برنج و فولاد و… ساخت که این گروه الکترودها، هم می توانند پوشش دار وهم بدون پوشش باشند.

هسته الکترودها

1. هسته الکترودها به دو دسته کربنی ساده ( کمتر از ۱/. کربن ،۲۵/. % سیلیسیم و ۲- ۵/. % منگنز ) وآلیاژی ( کرم، نیکل و منگنزی ) تقسیم نمود.
   
2. هسته ها ی غیر آهنی که عموماً مسی وآلومینیومی و… هستند. به طورکلی الکترودهای با هسته غیر آهنی در جوشکاری MMA مصرف کمی دارند زیرا آلیاژهای این فلزات بندرت با روش مذکور جوشکاری میشوند وبیشترین کاربرد جوشکاری MMA برای فولادها وچدن ها ست. قطر هسته الکترودها بین ۷ – ۱.۵ میلیمتر است ومعمولاً وقتی که قطر الکترود را بیان می کنند. منظور از قطر هسته فلزی آن است وضخامت پوشش آن، کمتر در نظر گرفته می شود. ارتفاع هسته الکترود بین ۷۰ –۲۵ سانتیمتر است که معمولاً ارتفاع الکترود متناسب با قطر الکترود انتخاب می گردد. زیرا با توجه به رابطه R= برای نگه داشتن مقاومت (R) باید طول وسطح متناسب با شند.
   

3.  پوشش در الکترودها
   

پوشش الکترودها سرباره ای ویا سلولوزی هستند. پوششهای سلولوزی بر اثر حرارت گازهای هیدروژن ومنواکسید کربن تولید می کنند وبر اثر واکنش گازهای مزبور با اکسیژن اتمسفر، آب ودی اکسید کربن تولید می گردد. وجود آب یا هیدروژن در منطقه جوش باعث پایین آمدن خواص مکانیکی شده اما با وجود این هنوز بیش از ۱۵% الکترودهای مصرفی پوشش سلولوزی دارند. علت این امر سوختن مواد هیدروکربنی است که عمق نفوذ جوش را افزایش دهد. ( با سوختن مواد هیدروکربنی، درجه حرارت با لاتر میرود. )

پوششهای سرباره ای را میتوان به چند گروه عمده تقسیم بندی کرد:

1. قلیایی
   
2. اسیدی واکسیدی
   
3. رتیلی
   

پوششهای الکترود سرباره ای از نوع قلیایی، ترکیبی از CaO و MnO دارند ودرکنار هم تشکیل سرباره قلیایی را می دهند.

پوششهای رتیلی بیش از ۵۰% از اکسید تیتانیم استفاده شده است وبقیه سرباره های قلیایی هستند. پوششهای اسیدی واکسیدی معمولاً کمپلکس منگنز وآهن است. در مقایسه با پوششهای قلیایی، پوششهای اسیدی واکسیدی از عمق نفوذ بیشتری برخوردارند. در عوض پوششها ی قلیایی ازپایداری قوس بیشتری برخوردار بوده، وقوس این الکترودها آرامتر است.

 
چگونگی پوشش دادن الکترودهای MMA

تا چند سال پیش و بطور سنتی با فرو بردن هسته الکترود در موارد پوششی پوشش دادن صورت می گرفت. معمولاً در این روش، از بست به عنوان چسب مورد استفاده قرار می گیرد. از مضرات تولید وپوشش دادن با این روش، غیر یکنواخت بودن پوششهاست. امروزه برای پوشش دادن الکترودها از عملیاتی مشابه اکستروژن ( حدیده کاری ) استفاده شده است. در این فرایند معمولاً مواد پوششی با مقداری آب همراه است ودر نتیجه، الکترودهای تازه تولید شده با آویزهای مخصوص حمل می گردند تا آب موجود در پوشش از دست برود. ودر انتها در کوره های مخصوصی پخته می شود.

 جوشکاری قوسی با گاز محافظ ( Gas shieled arc welding )

انواع جوشکاری بر حسب نوع گاز به کار رفته برای محافظت گرده جوش والکترود مصرفی به شرح ذیل است:

 الف – جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده ازگاز محافظت کننده (جوشکاری با الکترود مصرف شونده ) ( MIG ).

 جوشکاری با قوس الکتریکی با استفاده از گاز محافظت کننده، روشی است که در آن برای محافظت منطقه جوش از تماس با هوا از گاز استفاده می شود. در این روش الکترود هیچگونه پوششی ندارد واز پودر جوشکاری نیز استفاده نمی شود ( گاز استفاده شده معمولاً گاز خنثی است ). عمل جوشکاری دریک پوشش از گاز ( برای جلوگیری از رسیدن هوا ) انجام می شود. این جوشکاری در تولید انبوه قطعاتی که جنس آنها از تیتانیم، روی، آلومینیم و منیزیم است وهمچنین در فرایند سخت کردن سطحی، مورد استفاده قرار میگیرد.

در روش جوشکاری با قوس الکتریکی میتوان با استفاده از گاز به سرعت بیشتری دست یافت. از آنجا که هیچ ماده محافظت کننده دیگر غیر گازی روی سطوح جوشکاری استفاده نشده، در نتیجه روی سطح جوش نیز سرباره ای به وجود نمی آید.

الکترود مصرف شدنی در روش MGA    بوده، که به طور مداوم به منطقه جوش تغذیه می گردد. این روش می تواند دارای تجهیزات اتوماتیک جوشکاری باشد.

 ب – جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از گاز محافظ و الکترود تنگستنی (Tangstan Inert Gas Weldling)

TIG یکی از روشهای مهم جوشکاری قوسی با گاز محافظ است که از الکترود تنگستنی مصرف نشدنی استفاده می شود. در این روش از گاز محافظ به منظور حفاظت الکترود، قوس برقرار شده بین نوک الکترود وسطح قطعه کار، منطقه جوش واطراف آن استفاده می شود.

معمولاً عمده ترین گازهای مصرفی دراین روش، گاز آرگون، گاز هلیم ویا مخلوطی از این دو گاز است. الکترود در روش TGA مصرف نشدنی است وتنها نقش برقرار کننده قوس را به عهده دارد و در صورت لزوم از فلز تغذیه کننده نیز استفاده می شود. الکترود TGA عمدتاً تنگستنی است و بعضی از آنها مقداری زیرکونیم و توریم نیز دارند.

روش TGA در ابتدا برای جوشکاری آلیاژهای منیزیم، که تمایل نسبتاً زیادی برای جذب اکسیژن دارند، مورد استفاده قرار گرفت ولی امروزه برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیم، فولاد زنگ نزن، فولاد کربنی، آلیاژها ی مس ونیکل نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

الکترودهای TGA که مقداری اکسید توریم یا زیرکونیم همراه دارند، از خاصیت ترمویونیک بهتر ی برخوردار هستند وبه عبارتی الکترون بیشتری در دمای بالاتر ساطع می کنند. به همین خاطر الکترودهای TGA با اکسید توریم برای جوشکاری قطعات نسبتاً با ارزش مورد استفاده قرار میگیرد به ویژه در صنایع هوا پیما سازی وصنایع موشکی از الکترودهای تنگستنی با درصد اکسید توریم نسبتاً زیادی استفاده می شود.

این روش در فرایند سخت کردن سطحی نیز به کار گرفته می شود. ضخامت قطعه، تعیین کننده نوع گاز مصرفی است. میزان گاز مصرفی در جوشکاری TGA به اندازه ای است که بتواند از الکترود، منطقه جوش ومنطقه مجاورش محافظت کاملی به عمل آورد، عمدتاً به دلیل گران بودن این گازها از مصرف بی رویه آن در هنگام جوشکاری می باید جلوگیری کرد.

ج – جوشکاری قوسی با اتمسفر هیدروژن اتمی محافظ ( AHW ) Atomic Hydrogen Welding

دراین روش از الکترود تنگستنی استفاده شده است که معمولاً بین آن دو قوس برقرار می گردد. در فاصله میان این دو الکترود، یک منبع هیدروژنی وجود دارد که می تواند هیدروژن مولکولی ر ا به طرف قوس برقرار شده هدایت کند.

در روش مذکور از یک جریان متناوب ( AC ) استفاده می گردد. زیرا در غیر این صورت، احتمال اینکه یکی از الکترودها بیشتر مصرف گردد، زیاد است ودر نتیجه، قوس از یک عدم تقارن برخوردار می شود.

جریان AC می تواند مصرف الکترودها را یکنواخت تر کند. هیدروژن هدایت شده به طرف قوس برقرار شده به صورت مولکولی در می آیند. با پایدار شدن اتمهای هیدروژن نا پایدار می شود وبرای پایدار شدن مجدداً به صورت مولکولی در می آیند. با پایدار شدن اتمهای مذکور، انرژی اضافی آنها آزاد می شود ومی تواند حرارتی را در سطح قطعه به وجود آورد وآن را ذوب کند. حرارت این عملیات کاملاً یکنواخت است ولی از طرف دیگر با حضور هیدروژن در منطقه جوش، منطقه مزبور از خواص مکانیکی نامطلوبی برخوردار شده، به همین علت، روش ذکر شده امروزه کاربرد چندانی ندارد.

د – جوشکار ی با حفاظت گاز دی اکسید کربن ( Co2 – Shild ArcWelding)

همانطور که از نام فرایند بر می آید، حوضچه جوش توسط گاز Co2 ، که نسبت به مذاب خنثی است، محافظت می شود. از این روش برای اتصال روقهای ۱۲ و ۵۷ میلیمتری، در کشتی سازی وساخت مخازن ذخیره ای استفاده می شود. به دلیل اینکه حرارت ایجاد شده، از قوس الکتریکی انجام می گیرد. در نتیجه منطقه متأثر از جوش، باریکتر و با خواص بهتر ایجاد می گردد.

یکی از معایب گاز Co2 این است که این گاز حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد اکسید کننده است. در این فرایند، الکترود از نوع مصرفی است.

جوشکاری با گاز (Gas Welding)

یکی از روشهای معمول جوشکاری، استفاده از گاز برای تولید حرارت است. این روش دستی است ومحل اتصال با حرارت شعله ناشی از احتراق گاز‌، ذوب وهمراه یا بدون فلز پرکننده در هم ادغام می شود وپس از انجماد، عمل اتصال انجام می گیرد.

تجهیزات

1. کپسول اکسیژن واستیلن
   
2. ریگلاتور، که تنظیم کننده فشار گاز در خروجی سیلندرهای اکسیژن واستیلن است.
   
3. مشعل جوشکاری که وظیفه مخلوط کردن گازهای اکسیژن واستیلن را به عهده دارد. با تنظیم مشعل می توان انواع شعله های خنثی، اکسیدی و احیایی را به دست آورد.
   
4. سیم جوش که در جوشکاری با گاز نقش فلز پرکننده را به عهده دارد.
   
5. فلاکس در جوشکاری گازی از ترکیبات قلیایی است که اکسید آهن را به خود جذب می کند.
   

ودر هنگام جوشکاری فلاکس را روی گرده جوش می ریزند تا اکسید آهن وگل ولای موجود را به خود جذب کند.

جوشکاری ترمیت

بجز واکنشهای شیمیایی همراه با شعله ( احتراق) واکنشها ی گرما زا نیز می تواند در محل اتصالات، حرارت لازم را ایجاد کند. در فرایند ترمیت، حرارت حاصل از واکنشهای جابجایی نظیر اکسید آهن ( Fe203 ) به وسیله پودر آلومینیم، گرما زا بوده ومستقیماً در محل اتصال موجب ذوب و اتصال می شود.

Fe2O3+2AL→AL2O3 + 2Fe + 18500 cal

گرمای حاصل از این واکنش به اندازه ای است که می تواند علاوه بر ذوب آهن با فوق گذار کافی وپرکردن شکاف بین دو نقطه مورد اتصال حتی در لبه ها نیز ذوب به وجود آورد وپس از انجماد مذاب فوق، عمل اتصال کامل می شود. همچنین چون آهن مذاب حاصل از واکنش شیمیایی تا ۲۴۵۰ درجه سانتیگراد گرما دارد، می توان مقدار معین تکه های کوچک یا براده از فولادهای آلیاژی با بعضی آلیاژهای دیگر ر ا به مواد ترمیت اضافه کرد تا اولاً درجه حرارت فوق گداز تا ۲۱۰۰ درجه سانتیگراد کاهش یابد. ثانیاً ترکیب شیمیایی برای استحکام وخواص خواسته شده تنظیم وکنترل گردد.

جوشکاری زایده ای

جوشکاری است که با اتصال زایده ای فلزی ومیله ای شکل یا شبیه به آن به سطح قطعه کار صورت می گیرد. این جوشکاری لب به لب چدن به کار برده

می شود.

این عمل با روشهای مختلف جوشکاری، نظیر قوس الکتریکی، مقاومت الکتریکی، اصطکاک وغیره انجام می گیرد. برای مثال در روش جوشکاری قوس زا یده ای، سطح قطعه کار وانتهای زایده در اثر حرارت ناشی از قوس الکتریکی بین آنها ذوب موضعی شده، در اثر فشار وارد بر زایده در لحظه معین قوس قطع وزایده به حوضچه جوش در روی سطح کار فرو رفته، پس از انجماد، عمل اتصال انجام می گیرد.

جوش پتکه ا ی یا آهنگری

یکی از قدیمیترین روشها ی اتصال دوقطعه، گداختن آنها در کوره های ذغالی تا درجه حرارت معین وسپس روی هم سوار کردن وکوبیدن یا یک پتک زدن به موضع اتصال است. در قدیم، عمل کوبین با چکش یا پتک دستی انجام می شد و اکنون با انواع چکشهای بادی وهیدروکربنی انجام می شود. انواع اتصالات بر فرایند جوشکاری آهنگری امکان پذیر است. این روش جوشکاری در واقع جزء جوشکاری در حالت جامد است. البته جوشکار ی نورد نیز از همین فرایند است ونباید با جوش مقاومتی غلتکی اشتباه شود.

جوشکاری انفجاری

از جمله روشهای جوشکاری است که در آن احتیاج به ذوب فلز نیست واز مواد انفجاری و قابل احتراق در سطح جوشکاری استفاده می شود. در این روش انرژی کنترل شده ای که از انفجار مواد به وجود می آید، برای ایجاد یک باند اتصال متالوژیکی بین دو یا چند فلز همجنس استفاده می شود. در طی این عملیات عمل نفوذ اتفاق نمی افتد.

اولین مشاهدات تجربی این روش در طی جنگ جهانی اول، زمانی که ترکش بمبها ی منفجر شده به مواد فلزی اثابت می کرد، دیده شد.

فلزاتی را که با دیگر روشهای اتصال قابل جوشکاری نیستند یا مشکل دارند، می توان با این روش به یکدیگر متصل کرد. از روش جوش دهی انفجاری در اتصال لوله های استوانه ای شکل در داخل بدنه ها ی فلزی، اتصال لوله ها ی استوانه ای به یکدیگر و اتصال لب به لب قطعات فلزی می توان استفاده کرد.

جوشکاری لیزری

جوشکاری لیزری فرایند اتصال قطعات است که حرارت به دست آمده برای جوشکاری از تقویت یک موج نور تک فاز به دست می آید و به سطح برخورد کرده، باعث اتصال می شود. برای جوشکاری، اشعه لیزر باید بر قسمت کوچکی از قطعه متمرکز شود تا حرارتی با دانسیته زیاد ایجاد شود.

اشعه لیزر، که از بخارات فوتون تشکیل شده است، می توانند توسط آینه یا عد سی جهت پیدا کند. با هر پالسی قطعه کار به جلو حرکت می کند تا دوباره نور لیزر، روی آن متمرکز گردد. هر پالسی جزیی در حدود ۱ تا ۰۰۱/۰ ثانیه طول می کشد. فلز پرکننده قبل از تناوب بعدی در تناوب بعدی بسیار کمی حاصل می شود، نفوذ حاصل از جوشکاری لیزری در حدود یک دهم نفوذ جوشهای اشعه الکترونی است. روش جوشکاری لیزری برای فلزات غیر هم جنس حتی شیشه وپلاستیک نیز به کار می رود. این روش در صنایع الکترونی برای تولید قطعات خیلی کوچک حتی با قطر کمتر از ۰۰۱/۰ اینچ کاربرد دارد.

جوشکاری الکترونی

در این روش از یک تفنگ الکترونی استفاده کرده است، یک جریان یکنواخت الکترونی، روی قطعه کار ایجاد می کنند و حرارت لازم را در لبه محل اتصال به وجود می آورند. دما ی ایجاد شده با این روش جوشکاری در حدود ۱۱۰۰۰۰۰ ( معادل با ۲۰۰۰۰۰۰ درجه فارنهایت ) می تواند باشد. تفنگ الکترونی، اشعه الکترونی را در یک خط به موازات محل اتصال متمرکز می کند. با این روش می توان مقدار زیادی از انرژی را در یک مکان با قطری در حدود ۰۱/۰ اینچ یا کمتر متمرکزکرد. جوش الکترون معمولاً احتیاج به هیچ سیم پرکننده ندارد. این روش برای تعمیر ومرمت قسمت های غیر قابل نفوذ وپیچیده اقتصادی تر است.

جوشکاری الکترونی به ولتاژ خیلی زیاد نیاز دارد. ولتاژ مورد نیاز از ۷۵۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰ ولت ویا از ۱۵۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ ولت است.

محل جوشکاری باید قبل از جوشکاری کاملاً تمیز باشد تا درمدت زمان کوتاهی که عملیات جوشکاری انجام میشود، گاز متصاعد نشده، باعث کاهش استحکام اتصال نشود. بستر جوش در این روش بسیار باریک ومتمرکز است. این روش برای فلزات با نقطه ذوب زیاد نظیر تنگستن، تیتانیم، وجوشکاری فلزات غیر همجنس کاربرد دارد.

جوشکاری اولتراسونیک

جوشکاری با استفاده از ارتعاشات مافوق صوت، که بر اساس صوت یا امواج متمرکز که توسط دستگاهها ی مخصوص، فرکانسهایی بیش از حدود شنوایی تولید می کند، بیشتر در اتصال قطعاتی با جنس متفاوت به یکدیگر کاربرد دارد. دراین روش از الکترودهای مشابه آنچه در نقطه جوش به کار میرود استفاده نموده، با کمک مبدل ( که پدیده های مکانیکی را به الکترونیکی یا برعکس تبدیل میکنند، دستگاهها ی اندازه گیری بعد سنجی، بلورهای پیزو الکتریک یا گوشی تلفن …) ارتعاشات لازم را ایجاد می کنند وبدون اینکه ذوبی رخ دهد ویا فشاری نسبتاً زیاد، صرف شود قطعات فلزی غیر همنام را به هم جوش می دهند.

جوش اصطکاکی

در جوشکاری اصطکاکی حرارت در سطح تماس دو قطعه فلزی به دلیل حرکت دورانی وفشار عمودی مؤثر ایجاد می گردد. این حرارت به صورت متمرکز ومنطقه ای است، لذا مجاور این قسمت به حالت کاملاً خمیری در می آید. در این مرحله افزایش در نیروی فشاری انتهایی کافی است که موجب تغییر شکل قابل ملاحظه ای ( متمرکز ) در سطح تماس شود. این تغییر شکل، موجبات اتصال وجوش خوردگی را فراهم می سازد. جوشکاری اصطکاکی در پروسه اتصالات حالات جامد طبقه بندی می شود واتصال در دمایی کمتر از نقطه ذوب قطعه کار اتفاق می افتد.