فرآیند های جوشکاری

فرایند جوش

جوشکار فرایند های زیادی دارد  که در کاربرد های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند . برای سازه های فلزی ساختمان در کشور های پیشرفته دنیا ، چهار فرایند جوشکاری با عناوین زیر متداول است :

1_جوشکاری قوس فلزی محافظت شده ( جوشکاری قوسی با الکترود روپوش دار ) (SMAW)

2-جوشکاری قوسی  زیر پودری (SAW)

3_ جوشکاری قوسی تو پودری ( FCAW)

4_ جوشکاری قوسی فلزی با محافظت گاز (GMAW)  

فرایند های جوشکاری نام برده شده همگی از نوع فرایند های جوشکاری قوسی هستند و با استفاده از نیروی برق انجام می شود .

علاوه بر فرایند  های جوشکاری ذکر شده ، روش جوشکاری قوسی تنگستنی با محافظت گاز ( GTAW)  که در پروژه های نفت ، گاز و پتروشیمی ( به ویژه برای نصب ) بطور گسترده ای کاربرد دارد نیز از اهمیت خاصی برخوردار است .

جوشکاری قوسی الکتریکی با الکترود روپوشدار  (SMAW)

جوشکاری یکی از روشهای اتصال دائمی فلزات است .اتصال جوش عموما بوسیله حرارت یا فشار و یا ترکیب حرارت و فشار  انجام میشود . در جوشکاری می توان از مواد پر کننده استفاده نمود یا استفاده ننمود . جوشکاری قوس الکتریکی به گروهی از روش های جوشکاری گفته می شود که یکپارچه شدن به وسیله حرارت قوس یا بدون فلز و یا بدون فلز پر کننده صورت پذیرد .

یونیزاسیون

گازها در حالت عادی قابلیت هدایت الکتریسیته ندارند . ولی اگر تحت تاثیر عوامل خارجی از قبیل حرارت زیاد ، حوزه الکتریکی و غیره قرار گیرند بعضی از اتمها الکترون از دست داده و بار مثبت پیدا می کنند ( یونهای مثبت ) و برخی از الکترون ها وارد مداراتمهای خنثی شده آنها را دارای بار منفی  می سازد ( یونهای منفی ) این عمل یونیزه شدن نامیده میشود . گاز با هوا پس از یونیزه شدن قابلیت هدایت الکتریسیته پیدا میکند و هرچه شدت عمل یونیزاسیون بیشتر باشد حرکت یونها سریع تر و قابلیت هدایت الکنریکی بیشتر می گردد .

 

 قوس الکتریکی

اگردو سر مثبت و منفی یک مولد برق به هم برخورد کرده و در فاصله کمی از یکدیگر قرار گیرند در اثر اختلاف پتانسیل موجود بین آنها جرقه هایی زده میشود این جرقه ها موجب یونیزه شدن هوای بین دو قطب  عبور جریان برق و تکمیل مدار می گردند .

بدیهی است که جریان الکتریکی ازمدار باز نمیتواند عبور کند چون مقاومت الکتریکی آن فوق العاده زیاد است . مدار بسته هم در مقابل جریان الکتریکی مقاومت نشان می دهد و در اثر این مقاومت ها مقداری از انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی حرارتی می شود . ( هرچه مقاومت الکتریکی بیشتر باشد حرارت ایجاد شده بیشتر است )

قوس الکتریکی به عوامل مختلفی نظیر جنس الکترود ، طول قوس ، نوع گاز ، فاصله هوائی و نوع جریان الکتریکی بستگی دارد . قوس الکتریکی در میدان مقناطیسی منحرف می شود و با کوتاه کردن قوس ، نزدیک کردن محل اتصال جوش ، گرفتن الکترود در جهت دمش و تغییر زاویه الکترود می توان از انحراف قوس کم کرد .

مدار جوشکاری

در جوشکاری با قوس الکتریکی جریان برق از طریق کابل جوشکاری و انبر الکترود به میله اکترود میرسد . سر دیگر ماشین جوش به قطعه مورد جوشکاری یا به میز کار متصل می شود . با تماس الکترود به قطعه کار در مدار جریان برق ، اتصال کوتاه حاصل شده و در جریان زیادی از طریق الکترود قوس ، قطعه مورد جوشکاری و کابل برگشت به طرف ماشین جوشکاری عبور می کند .

حال اگر الکترود از فلز مبنا جدا شده و در فاصله معینی از آن قرارگیرد ، جهش جرقه باعث یونیزه شدن هوا و ایجاد  قوس می گردد. مقاومت الکتریکی زیاد قوس ، تولید حرارت  فوق العاده ای می نماید که باعث ذوب الکترود و لبه های فلز جوش شونده و در هم امیختن آنها می شود و به این ترتیب اتصال دو قطعه را بوسیله جوشکاری فراهم می سازد .

اتصال قطب ها

در جوش کاری با برق مستقیم دو نوع اتصال بکار می رود .

الف _اتصال با قطب  مستقیم       ب_ اتصال با قطب معکوس

در #اتصال با قطب مستقیم (DCSP)  قطب مثبت ( آند ) ماشین جوش به قطعه مورد جوشکاری و قطب منفی ( کاتد) ماشین جوش به الکترود متصل می شود . در اتصال با قطب مستقیم حدود دو سوم حرارت حاصله در فلز مبنا و یک سوم در الکترود آزاد می شود .

در اتصال با قطب معکوس (DCRP) ، اکترود به قطب مثبت ماشین جوش و قطعه به قطب منفی ماشین  جوش متصل می گردد . در اتصال با قطب معکوس یک سوم حرارت حاصل در فلز مبنا و دو سوم در الکترود رها می شود . در جوشکاری با جریان برق متناوب نظر به اینکه جهت جریان به تناوب عوض می شود اتصال با قطب مستقیم یا معکوس مفهومی ندارد . در نتیجه نیمی از حرارت حاصل از قوس الکتریکی در الکترود و نیمی دیگر در قطعه آزاد می شود .

جوشکاری قوسی با الکترود روپوش دار 

در جوشکاری قوسی دستی از الکترود روپوشداراستفاده میشود . الکترود روپوشدار یک میله ی فلزی است که مقداری مواد روی آن پرس شده است ( این مواد که وظایف مختلفی در جوشکاری دارند به صورت پودر در می آید و در کارخانه الکترود سازی با نسبت مشخصی مخلوط ، سپس به چسب مخصوص آغشته شده ، بصورت خمیر در آمده ، روی الکترود پرس و به همان صورت در کوره پخت میشود )

وقتی در اثر حرارت ایجاد شده در قوس الکتریکی ، فلز مبنا و فلز مغزه ی الکترود ذوب می شود ، اکسیژن هوا می تواند با فلز مذاب ترکیب شود و خواص مکانیکی فلز ما را ضعیف کند . نیتروژن ( ازت ) موجود در هوا نیز با فلز مذاب ترکیب می شود و فلز جوش را شکننده می کند . سوختن روپوش الکترود ، گاز هایی ( دود ) تولید می کند که هوارا از دور و بر محل قوس زنی ، دور میکند و فلز مذاب را حفاظت می نماید .

وقتی قوس جا به جا می شود ، دود ایجاد شده ی قبل پخش می شود و دیگر برای حفاظت فلز جوش منجمد شده که هنوز داغ است ، کارایی ندارد . برای این منظور از سوختن مواد روپوش الکترود ، پوسته ای روی جوش ( به اسم سرباره ) تشکیل می شود که جلوی تماس اکسیژن و ازت با فلز داغ را گرفته و آن را محافظت می کند .

ضمنا مواد روپوش الکترود با ایجاد گاز هایی ، عمل یونیزه شدن  را آسان می کنند . بنابراین وظایف اصلی روپوش الکترود ها عبارتند از :

1_پایدار کردن قوس  2_ ایجاد گاز محافظ   3_ تشکیل پوسته محافظ

البته روپوش الکترود ها بسته به نوع خود وظایف دیگری هم دارند . پنج نوع روپوش متداول الکترود ها عبارتند از :

A=اسیدی  B= قلیائی ( کم هیدروژن ) C=سلولوزی  O=اکسیدی   R=روتیلی

قطر الکترود همان قطر میله ی مغز  الکترود است که در ایران قطر های  5/2  ، 25/3 ،  4 ، 5 و 6 میلیمتر تولید می شود و بسته به نوع اتصال ضخامت ورق یا مقاطع ، یک یا چند قطر الکترود مورد استفاده قرار می گیرد .

با مساوی بودن قطر میله ی مغزه ، قطر روپوش الکترود می تواند متفاوت باشد . اگر قطر روپوش از قطر میله ی مغزه به اندازه  تا 20 درصد بیشتر باشد به آن الکترود روپوش نازک گفته می شود

قطر روپوش اگر بیش از 20 درصد تا 45 درصد از قطر میله ی مغزه بیشتر باشد به آن روپوش متوسط میگویند .

اگر قطر روپوش بیشتر از 45 درصد تا 80 درصد از قطر میله ی مغزه بیشتر باشد روپوش ضخیم است . اگر قطر روپوش بیشتر از 80 از درصد باشد قطر میله ی مغزه بیشتر باشد روپوش را خیلی ضخیم می نامند .

 

 

مزایای جوشکاری با الکترود روپوشدار

◄تجهیزات نسبتا ساده ارزان و قابل حمل

◄گاز محافظ ( دود ) که از سوختن مواد روپوش الکترود حاصل می شود نسبت به فرایند های که با گاز محافظ جداگانه محافظت می شوند ، به روش باد ، حساسیت کمتری دارد .

◄ کاربرد گسترده ای دارد  ( خالجوش زنی ، جوشهای منقطع ، جوشهای پیوسته ، جوشهای قابل رادیو گرافی )

◄ درنواحی با دسترسی محدود نیز قابل استفاده است

◄برای جوشکاری بیشتر قلزات و آلیاژ ها مناسب است

◄قادر به تولید جوشهای با کیفیت بالا می باشد .

معایب جوشکاری با الکترود روپوشدار

• نرخ #رسوب در مقایسه با #جوشکاری قوسی با سیم #جوش قرقره ای  (GMAW)  و با جوشکاری قوسی با #سیم جوش توپودری ، کم است

• بخاطر نیاز به تعویض #الکترود ( قطع قوس ، دور ریز انتهای الکترود ، قراردادن الکترود جدید در #انبر ) پیوستگی جوشکاری مقدور نمی باشد

• جوش با لایه ای از سرباره پوشیده شده که بایستی بعد از اتمام کردن هر پاس ، سرباره از روی جوش پاک شود .