مقاله جوشکاری
مقاله ای که در زیر مطالعه میکنید با عنوان جوشکاری از مرکز آموزش مجازی پارس گردآوری و ارائه شده است.
مقدمه
بشر اولیه زمانی که فلز را شناخت و به نحوه ذوب و ریخته گری آن پی برد، در زمینه اتصال قطعات فلزی تلاش‌های زیادی کرد و توانست لحیم کاری و بعضی از روش‌های ساده جوشکاری را ابداع نماید. در کاوش‌های باستان شناسی دست بندهای طلایی پیدا شده است که مربوط به دوران قبل تاریخ بوده و سر این دست بندها به وسیله ضربات چکش ، جوشکاری شده است. در جواهرات قدیمی ذرات ریز طلا را به وسیله صمغ درخت و نمک مس به هم چسبانده سپس آن را آتش می زدند. در اثر حرارت حاصل از سوختن صمغ درخت، فلز مس احیا شده و با طلا ترکیب می شد و بدین ترتیب جوشکاری قطعات ریز طلا انجام می‌گرفت. رومیان قدیم از آلیاژهایی برای لحیم کاری استفاده می‌کردند که هنوز هم در صنعت امروزی کاربرد دارند. جوشکاری به صورت امروزی در قرن نوزدهم اهمیت بیشتری پیدا نمود و پیشرفت کرد در سال 1887 میلادی برنوداس روسی از قوس الکترونیکی و الکترود ذغالی برای جوشکاری استفاده نمود و بعد از او اسکاویافوف الکترود فلزی بدون روپوش (روکش) و قوس الکترونیکی را برای جوشکاری به کار گرفت.
امروز بیشتر از صد روش جوشکاری، برش کاری و لحیم کاری اختراع شده و جوشکاری را به عنوان یک شاخه علمی مطرح نموده است و دارای شاخه‌های متعددی در زمینه فرآیندهای جوشکاری، طراحی، بازرسی، متالوژی و غیره می‌باشد و جمعیت زیادی را در این صنعت مشغول به کار نموده است.
انواع اتصالات
در صنعت، هر سازه فلزی از قطعات مختلف ریخته گری شده، نورد کاری شده و ماشین کاری شده ساخته می‌شود و این قطعات به روش‌های مختلفی به یکدیگر متصل می‌گردند که عبارتند از:
الف- اتصال موقت: پیچ ، پین، خار
ب- اتصال نیمه موقت: پرچ، لحیم
ج- جوشکاری
اتصال موقت: به اتصالی گفته می‌شود که در صورت نمودن عامل اتصال (پیچ ، پین، خار) به فلز پایه و عامل اتصال آسیبی وارد نمی‌گردد.
اتصال نیمه موقت: به اتصالی گفته می‌شود که در صورت جدا نمودن عامل اتصال (پیچ، پین، خار) فلز پایه صدمه ای نمی بیند ولی عامل اتصال از بین می رود.
اتصال دائم: به اتصالی گفته می‌شود که در صورت جدا نمودن عامل اتصال (پیچ، پین، خار) هم فلز پایه و هم عامل اتصال آسیب می بیند.
مزیت اتصال موقت نسبت به اتصال دائم آن است که کمترین عیب احتمالی را دارد، در صورتیکه در اتصال دائم نظیر جوشکاری عیوب مختلفی ایجاد می‌گردد.
مزیت اتصال دائم:
استحکام آن بالاتر است
امکان آب بندی وجود دارد
سریعتر انجام می‌شود
آماده سازی کمتری نیاز دارد
به مرور زمان عامل اتصال شل نمی‌شود.
لحیم کاری
لحیم کاری یک نوع اتصال موقت می‌باشد و به دو دسته تقسیم می‌گردد:
1)لحیم کاری نرم 2)لحیم کاری سخت
در لحیم کاری از یک فلز سیال با نقطه ذوب پایین تر از فلز پایه جهت اتصال استفاده می‌شود. ابتدا لبه‌های قطعات فلزی را تا دمای بالاتر از نقطه ذوب فلز لحیم حرارت داده، سپس فلز لحیم را اضافه می‌نمایند. فلز لحیم ذوب شده و در شکاف بین دو قطعه جاری می‌گردد و در پستی و بلندی‌های سطح فلز قرار گرفته و پس از انجماد باعث عمل اتصال می ردد. اگر نقطه ذوب فلز لحیم کمتر از 450 درجه سانتیگراد باشد لحیم کاری نرم و اگر بالاتر از 450 درجه سانتیگراد باشد ، لحیم کاری سخت نامیده می‌شود.
جوشکاری
عمل ایجاد پیوند بین اتم‌های دو جسم را جوشکاری گویند این پیوند می‌تواند بین دو فلز هم جنس ویا غیر هم جنس، بین فلز یا غیر فلز و یا بین دو ماده غیر فلزی (پلاستیک) انجام شود.
عمل جوشکاری می‌تواند با حرارت و یا بدون حرارت، با فشار یا بدون فشار، با ماده کمکی یا بدون آن انجام شود.
جوشکاری از نظر ذوب به دو دسته کلی تقسیم بندی می‌گردد.
جوشکاری غیر ذوبی
جوشکاری ذوبی
1- جوشکاری غیر ذوبی
در این روش‌ها بدون ذوب لبه‌های اتصال، عمل جوشکاری انجام می‌گیرد.
جوشکاری غیر ذوبی به دو دسته زیر تقسیم می‌گردد:
الف- بدون استفاده از حرارت: در این روش قطعات در دمای محیط توسط ضربه یا فشار به یکدیگر جوشکاری می‌شوند مانند: جوشکاری انفجاری، جوشکاری التراسونیک، جوشکاری با ضربات چکش، جوشکاری توسط غلتک کاری.
ب- با استفاده از حرارت: در این روش قطعات تا دمای خمیری شدن حرارت داده می‌شود سپس توسط فشار با ضربه عمل جوشکاری انجام می‌گیرد. مانند: جوش آهنگری، جوش غلتک کاری گرم.
2- جوشکاری ذوبی:
در این روش با استفاده از حرارت لبه‌های اتصال ذوب شده و سپس با استفاده از ماده کمکی و یا بدون آن عمل جوشکاری انجام می‌شود مانند جوشکاری اکسی گاز که از حرارت حاصل از سوختن یک گاز سوختنی مانند استیلن با اکسیژن لبه‌های کار به دمای ذوب رسیده و در هم ادغام می‌گردند و پس از منجمد شدن عامل جوشکاری انجام می‌شود و یا مثل جوشکاری با قوس الکتریکی نظیر جوشکاری برق، تیگ، میگ مگ، زیر پودری، پلاسما.
منابع حرارتی مورد استفاده در جوشکاری عبارتند از:
شیمیایی: از فعل و انفعالات شیمیایی می توان برای تولید حرارت استفاده نمود مانند عمل سوختن گازهای سوختنی با اکسیژن با جوشکاری ترمیت که از واکنش بین پودر آلومینیوم و اکسید آهن حرارت زیادی ایجاد شده و باعث ذوب و احیا اکسید آهن می‌گردد و آهن مذاب حاصل برای جوشکاری به کار می رود.
الکتریکی: از انرژی الکتریکی می‌توان برای جوشکاری مقاومتی، جوشکاری با قوس الکتریکی و جوشکاری الکترون بیم استفاده نمود.
3- نوری: انرژی نوری در جوشکاری با لیزر از یک شعاع نوری متمرکز با انرژی زیاد استفاده می‌گردد.
منابع نیرو در جوشکاری
دستگاههای جوش:
جریان الکتریکی مورد نیاز برای تشکیل قوس الکتریکی را تامین می‌نمایند. دستگاههای جوشکاری به دو دسته تقسیم می‌شوند
الف- مولدها
ب- مبدلها
الف- مولدها:
دستگاهی جوشکاری از نوع مولد جریان مورد نیاز را خود تولید نموده و معمولاً در مکان‌هایی که دسترسی به برق شهری نباشد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برای مثال برای جوشکاری خطوط لوله بین شهری و انجام جوشکاری در سایت‌ها از دستگاه مولد استفاده می‌گردد. دستگاههای مولد عبارتند از موتور ژنراتور دیزلی و بنزینی البته یک دستگه مولد دیگر که به دینام معروف است نیز وجود دارد که توسط یک موتور الکتریکی سه فاز که با یک دینام کوپل شده است جریان مورد نیاز جوشکاری از تولید می نماید این دینام‌ها با پیدایش دستگاههای رکتیفایر تقریباً از رده خارج شده‌اند پس مولدها عبارتند از :
موتور ژنراتوری احتراقی (بنزینی و گازوییلی)
موتور ژنراتور الکتریکی (دینام)
ب) مبدلها
دستگاههای مبدل جریان الکتریکی برق شهر را به جریان مورد نیاز جوشکاری تبدیل می‌نماید این دستگاه‌ها عبارتد از دستگاه ترانسفورماتور، دستگاه ترانس رکتیفایردار و دستگاه اینونتر در دسته بندی دیگری می‌توان دستگاههای جوشکاری را به صورت ذیل نشان داد.
دستگاه ترانسفور ماتور:
ترانس بعنوان یکی از اصلی ترین قسمت‌های در دستگاههای مبدل می‌باشد ترانس از یک هسته آهنی و دو سیم پیچ به نام‌های سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است. هر دو سیم پیچ بر روی هسته پیچیده شده‌اند و سیم پیچ اولیه با تعداد دور زیاد سیم و قطر نازک تر به برق شهر وصل شده و سیم پیچ ثاویه با تعداد دور کمتر قطر ضخیم تر به خروجی دستگاه متصل می‌باشد.ترانس‌های جوشکاری از نوع کاهنده ولتاژ و افزاینده آمپر می‌باشند.
مقدار ولتاژ در سیم پیچ ثانویه به نسبت به تعداد سیم پیچ‌ها بستگی دارد و از رابطه زیر به دست می‌آید.
ولتاژ اولیه = تعداد دور سیم پیچ اولیه
ولتاژ ثانویه = تعداد دور سیم پیچ ثانویه
برای کنترل تنظیم جریان خروجی از تجهیزات مکانیکی با الکتریکی استفاده می‌گردد. کنترل کننده‌های مکانیکی عبارتند از:
الف- اتصال یک سری مقاومت قابل تغییر به مدار خروجی
ب- استفاده از هسته اصلی دو تکه که با یک پیچ فاصله آن قابل تنظیم باشد
ج- استفاده از یک هسته فرعی در وسط هسته اصلی که با یک پیچ حرکت آن تنظیم می‌گردد.
د- استفاده از یک هسته پیچ کمکی که بر روی یک هسته آهنی دیگر پیچیده شده و دارای انشعابات مختلفی است
و- استفاده از سیم پیچی‌های متحرک
دستگاه ترانس رکتیفایردار:
این دستگاه از ترانس ویکسو کننده تشکیل شده است جریان خروجی متناوب ترانس وارد یکسو کننده و به جریان مستقیم تبدیل می‌شود برای حصول جریان مستقیم صافتر از ترانس‌های سه فاز استفاده می‌شود.
دستگاه اینورتور:
نسل جدید دستگاههای جوشکاری دارای سیستم‌های اینورتوری می‌باشند که موجب سبکی وزن و قابلیت‌های الکترونیکی زیاد می‌باشند در این دستگاه‌ها بر ورودی ابتدایک سو شده سپس ترانزیستور به جریان متناوبی با فرکانس بالا تبدیل می‌گردد سپس جریان متناوب فرکانس بالا وارد ترانس شده و سپس به جریان مستقیم یکسو تبدیل می‌گردد و مورد استفاده قرار می‌گیرد با افزایش فرکانس برق ورودی ترانس‌ها ابعاد ترانس کم می‌شود و همین امر باعث سبکی وزن دستگاههای اینورتوردار می‌شود.
موتور ژنراتورها:
در مورتور ژنراتورها یک موتور احتراقی یا الکتریکی ژنراتور را به حرکت در آورده و جریان مورد نیاز برای جوشکاری تولید می‌شود. بسته به طراحی ژنراتور خروجی جریان می‌تواند DC یا AC و یا با قابلیت خروجی هر دو جریان باشد.
علامت شناسایی دستگاه‌ها
بر روی دستگاه‌ها یک پلاک آلومینیومی وجود دارد که اطلاعات مختلفی روی آن حک شده است یکی از موارد شناسایی نوع دستگاه مورد استفاده می‌باشد.دستگاه ترانس با علامت زیر نشان داده می‌شود.
در دستگاههای جوشکاری تیگ که نیاز به هر دو جریان متناوب و مستقیم می‌باشد و همچنین برای جوشکاری به روش قوس الکتریکی دستی که در آمپرهای بالا امکان ایجاد وزش قوس وجود دارد از این نوع دستگاه استفاده می‌گردد.
دستگاه موتور ژنراتور
این نوع دستگاه به صورت زیر مشخص می‌گردد
در صورتیکه خروجی ژنراتور جریان مستقیم باشد علامت آن
و در صورتی که خروجی ژنراتور جریان متناوب باشد علامت
موتور ژنراتور دارای رکتیفایر با علامت شکل سمت چپ و موتور ژنراتور با خروجی مستقیم و متناوب به صورت شکل سمت راست است .
دستگاه اینورتور
علامت مشخصه آن(دو دایره در داخل هم به معنی سیم پیچ اولیه و ثانویه می‌باشد)
جریان ورودی ترانس برق متناوب و خروجی آن نیز برق متناوب می‌باشد دستگاه ترانس با جریان تک فاز و یا دو فاز مورد استفاده قرار می‌گیرد تعداد فاز ورودی بصورت عددی یا خط کج در سمت چپ مشخص می‌گردد.
دستگاه رکتیفایر
دستگاه ترانس رکتیفایر دار در اصل همان دستگاه ترانس بوده که مجهز به سیستم یکسو کننده جریان در مسیر خروجی ترانس می‌باشد و با علامت زیر مشخص می‌گردد.
دستگاه ترانس رکتیفایردار به بر سه فاز متناوب متصل شده و خروجی آن جریان مستقیم می‌باشد البته دستگاه ترانیس رکتیفایرداری هم وجود دارد که دارای خروجی هر دو جریان DC و AC باشد که با این علامت مشخص می‌گردد.
سیکل کاری
سیکل کاری مدت زمانی است که در یک آمپر مشخص می توان با دستگاه جوشکاری نمود، بدون آنکه آسیب ببینند.
این مدت زمان معمولا بر مبنای ده دقیقه می‌باشد در توضیح این مطلب باید یادآور شد وقتی دستگاه جوشکاری دارای خروجی 500 آمپر می‌باشد شما نمی توانید به صورت معلوم با 500 آمپر جوشکاری کنید زیرا باعث داغ شدن و سوختن سیم پیچ‌ها و مدارات داخلی دستگاه می‌گردد.
بنابراین برای دستگاه‌ها سیکل کاری مشخص می‌گردد و سیکل کاری در 30% و 60% و 100% در پلاک مشخصه دستگاه قید شده است برای مثال وقتی گفته می‌شود سیکل کاری دستگاه در 500آمپر 30% است یعنی شما باید به مدت 3 دقیقه با 500 آمپر جوشکاری نموده و به مدت 7 دقیقه دستگاه روشن بوده ولی جوشکاری انجام نگیرد تا دستگاه خنک شود.
مثال دوم: سیکل کاری دستگاه در 300 آمپر 60% است یعنی شما باید با 300 آمپر به مدت 6 دقیقه جوشکاری نموده و 4 دقیقه به دستگاه برای خنک شدن استراحت دهید.
مثال سوم: سیکل کاری دستگاهی در 200 آمپر 100% یعنی شما می‌توانید تا 200 آمپر بطور مداوم با دستگاه جوشکاری نمایید بدون آنکه دستگاه صدمه ببیند.
سیکل کاری برای دستگاههای نظیر جوشکاری زیر پودری، جوشکاری میگ، مکو فلاکس کورد در خط تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد، باید مورد توجه قرار گیرد.در جوشکاری با قوس الکتریکی دستی باید زمان وقف‌هایی که برای تعویض الکترود و تمیز کردن گل جوش ایجاد می‌شود مد نظر قرار گیرد.
چنانچه در آمپر خاصی سیکل کاری آن را بخواهد محاسبه نمایید از فرمول زیر استفاده نمایید:
سیکل کاری مشخص × 〖(است مشخص آن سیکل که آمپری)〗^2 = سیکل کاری مورد نظر
(〖نظر مورد آمپری)〗^2
برای مثال سیکل کاری دستگاهی در 300 آمپر 60% است 370 آمپر سیکل کاری چند درصد است؟
40% = 60 × 〖350〗^2/〖370〗^2 = سیکل کاری مورد نظر
منحنی ولتاژ و آمپر در قوس الکتریکی
قوس یک مقاومت غیر عادی است یعنی تا 80-70 آمپر از قانون اهم پیروی نمی‌کند و با افزایش آمپر مقاومت قوس کم می‌شود ولی در آمپرهای بالاتر از قانون اهم پیروی نموده و مقاومت قوس ثابت بوده و با افزایش آمپر ، ولتاژ افزایش می یابد.
منحنی ولت آمپر دستگاههای جوشکاری
دو نوع نمودار ولت – آمپر در دستگاههای جوشکاری بکار می رود دو نوع نمودار ولت – آمپر در دستگاههای جوشکاری بکار می رود
الف) نمودار ولت – آمپر نزولی (شدت جریان ثابت)
ب) نمودار ولت – آمپر از نوع ولتاژ ثابت
نمودار ولت آمپر نزولی
نمودار ولت آمپر در دستگاههای قوس الکتریکی دستی و جوشکاری تیگ و پلاسما از نوع نزولی می‌باشد در این دستگاه با تغییرات طول قوس توسط جوشکاری مقاومت قوس تغییر نموده و باعث نواسانات در ولتاژ آمپر می‌گردد.
در نمودار فوق تغییرات آمپر با نوسانات کم طول قوس بسیار شدید است و باعث می‌گردد با تغییرات طول قوس قدرت قوس کم و زیاد شود برای رفع این مشکل دستگاههای جدید مجهز به سیستم حسگر آمپر می‌باشند وقتی آمپر را روی مقداری خاص تنظیم می نمایید در هنگام جوشکاری با تغییرات طول قوس حسگر نوسانات آمپر را گرفته و مقدار آمپر تقریبا ثابت می‌ماند.
نمودار ولت – آمپر این دستگاه‌ها از نوع نزولی با شیب نزولی تند می‌باشد و به آنها دستگاههای شدت جریان ثابت گفته می‌شود (C.C)
همانطور که در نمودار مشاهده می نمایید با تغییرات طول قوس، میزان نوسانات آمپر بسیار کم می‌باشد و در حدود 8-5 آمپر می‌باشد دستگاههای قوس الکتریکی دستی و جوشکاری تیک از نوع دستگاههای شدت جریان ثابت می‌باشد.
با ادغام منحنی ولت – آمپر قوس و منحنی ولت – آمپر دستگاه محدوده کاری قوس مشخص می‌گردد.
