مقاله جوشکاری

چکیده
بیشتر سازه­ها در صنعت از قطعات مختلف (ریختگی، آهنگری شده، نوردی و...) تشکیل شد­اند که با روش­های گوناگونی بر یکدیگر متصل می­شوند. روش­های متفاوت اتصال فلزات به یکدیگر را برحسب نوع فرآیند و یا بنیان علمی آن­ها به دسته­ های مختلفی طبقه ­بندی نموده­اند : الف) روش­های مکانیکی (پیچ، پرچ، پین، خار و...) ب) روش­های متالورژیکی (جوشکاری ، لحیم کاری و ...) ج) روش­های شیمیائی (چسب­های معدنی و آلی) و یا رده­بندی بر اساس نوع اتصال : الف) روش­های اتصال موقت (پیچ و مهره، پین و خار و...)        ب) روش­های اتصال نیمه موقت ( پرچ، احتمالا لحیم کاری نرم و بعضی چسب­ها ) ج) روش­های اتصال دائم (فرآیند جوشکاری و...). جوش ایده آل را می توان به محل اتصالی اطلاق نمود که نتوان آن موضع را از قسمت­های دیگر قطعات جوش داده شده تشخیص داد.

مقدمه
اتصالات دائم امكان جدا كردن قطعات از یكدیگر را نمی­دهند مگر آنكه آن قطعات را خراب كنیم . بنابراین این نوع اتصالات در جایی به كار می­روند كه احتیاج به جدا كردن قطعات نبوده  و احتمالاً از نظر راحتی و یا اتصالی بودن در تولید به كار گرفته شود. فاكتور مهمی كه در جوشكاری بایستی در نظر داشت اثرات متالورژی است كه در حین حرارت دادن و سرد كردن در منطقه جوش به وجود می­آید. طبقه­بندی انواع روش­های جوشكاری مشكل می­باشد. یك نوع طبقه­بندی بر اساس منبع حرارتی با نوع روش پوشش و محافظ به كار برده شده و یا مثلاً استفاده از روش دستی، نیمه اتوماتیك و ... انجام شده است.

در بسیاری از برنامه ­های تدوین شده توسط سازنده جهت کنترل کیفیت محصولات، از آزمون چشمی به عنوان اولین تست و یا دربعضی موارد به عنوان تنها روش ارزیابی بازرسی استفاده می­شود. اگر آزمون چشمی بطور مناسب اعمال شود، ابزار ارزشمندی می­تواند واقع گردد. بعلاوه یافتن محل عیوب سطحی، بازرسی چشمی می تواند بعنوان تکنیک فوق العاده کنترل پروسه برای کمک در شناسایی مسائل و مشکلات ما بعد از ساخت بکار گرفته شود.

جوشکاری
عمل ایجاد پیوند بین اتم­های دو جسم را جوشکاری می­گویند. این پیوند می­تواند بین دو فلز هم­جنس یا غیر هم­جنس، بین فلز یا غیر فلز و یا بین دو ماده غیر فلزی انجام شود. جوشکاری از نظر ذوب به دودسته تقسیم می­شود.

جوشکاری ذوبی : با استفاده از حرارت لبه­های اتصال ذوب شده و جوشکاری انجام می­شود.
جوشکاری غیر ذوبی: بدون ذوب لبه اتصال جوشکاری انجام می­شود.
انواع اتصال عبارتند از: لب به لب، روی هم، گوشه­ای، سپری و لبه­ای. منابع حرارتی در عمل جوشکاری، بصورت شیمیایی، نوری و الکتریکی ایجاد می­شوند. جوشکاری اکسی گاز به هر نوع احتراق گاز سوختنی با اکسیژن که به عنوان یک منبع گرمایی برای جوشکاری باشد، اطلاق می­گردد. در این روش با استفاده از شعله حاصل از سوختن گاز با اکسیژن، جهت ذوب فلز پایه و سیم جوش استفاده می­گردد. این جوشکاری دارای مزیت­هایی نظیر ارزان قیمت بودن تجهیزات، قابل حمل و نقل، امکان لحیم­کاری نرم وسخت و... می­باشد و همچنین معایب آن عبارتند از کم بودن سرعت جوشکاری، حرارت بالا، وجود انفجار و برای هر فلزی مناسب نیست. گازهای مصرفی در جوشکاری اکسی گاز شامل گاز سوختنی و گاز عامل اشتعال می­باشد. کپسول­های مورد استفاده برای ذخیره گاز نیز در انواع کپسول اکسیژن و کپسول استیلن وجود دارند.

وظیفه مشعل جوشکاری این است که گاز اکسیژن و گاز سوختنی را به میزان معینی باهم مخلوط نموده و آن را با سرعت بیشتر از سرعت احتراق گاز از سر مشعل خارج می­سازد. مشعل جوشکاری از قسمت­های مختلفی از جمله شیر اکسیژن و استیلن، دسته مشعل، لوله اختلاط و نازل تشکیل شده است. مشعل­ها بر دو نوع فشار قوی و فشار ضعیف می­باشند. بسته به میزان گاز سوختنی به گاز اکسیژن، شعله­هایی نظیر شعله احیا کننده، شعله اکسید کننده و شعله خنثی حاصل می­شود.

دستگاه جوشکاری به دو دسته مولدها و مبدل­ها تقسیم می­شوند، مولدها جریان مورد نیاز خود را تولید نموده و در مکان­هایی که برق شهری در دسترس نباشد استفاده ­می­گردد، اما مبدل­هی جریان برق شهری را به جریان مورد نیاز جوشکاری تبدیل می­کنند. همچنین دستگاه­هایی نظیر ترانسفورماتور، ترانس رکتیفایردار و دستگاه اینورتور نیز از دستگاه­های جوشکاری به حساب می­آیند. بر روی دستگاه­ها یک پلاک آلومینیومی وجود دارد که اطلاعات مختلفی روی آن حک شده است که یکی از موارد شناسایی نوع دستگاه می­باشد.

در جوشکاری با برق مستقیم دو نوع اتصال، اتصال با قطب مثبت واتصال با قطب معکوس بکار می­رود. در اتصال با قطب مستقیم، قطب مثبت به قطعه و قطب منفی به الکترود متصل می­شود. در اتصال با قطب معکوس، الکترود به قطب مثبت و قطعه به قطب منفی متصل می­شود. اما در جریان متناوب به دلیل اینکه جهت جریان عوض می­شود قطب مثبت و منفی معنایی ندارد. مزایای دستگاه جریان مستقیم عبارتست از:

خطر کمتر
مناسب برای جوشکاری در محل تنگ و باریک و مرطوب
انتخاب قطب به دلخواه
مناسب برای انواع الکترود
مزایای دستگاه جریان متناوب عبارتست از:

هزینه نگهداری پایین
ضریب بهره الکتریکی بیشتر
هزینه مصرف برق کمتر
سرمایه اولیه برای تهیه دستگاه کمتر است.

 مدت زمانی که در یک آمپر مشخص می­توان با دستگاه جوشکاری نمود، سیکل کاری می­گویند که بر مبنای ده دقیقه می­باشد. دو نوع نمودار ولت-آمپر در دستگاه جوشکاری استفاده می­شود که عبارتند از:

نمودار ولت آمپر نزولی : در این دستگاه با تغییرات طول قوس توسط جوشکاری مقاومت قوس تغییر کرده و باعث نوسان در ولتاژ آمپر می­شود. مانند دستگاه جوشکاری تیگ و پلاسما
نمودار ولت آمپر ولتاژ ثابت : در این دستگاه تغییرات طول قوس سریعا جبران شده و قوس اثر خود تنظیمی دارد. مانند دستگاه جوشکاری زیر پودری
قوس شامل ستونی است که گازهای یونیزه شده هادی جریان الکتریسیته­اند. ستون قوس بین دو قطب به سه ناحیه تقسیم می­شود که از نظر خواص فیزیکی متفاوتند. فضای اطراف کاتد مثبت و فضای اطراف آند منفی است و فضای بین این دو که شامل ستون قوس است، بیشتر فضای مثبت و منفی را اشغال می­کند. شیوه کار قوس بدین صورت است که الکترون­ها از فلز ساطع می­شوند و در فضای بین دو قطب سرعت می­گیرد و این الکترون­ها  به مولکول­ها در ستون قوس برخورد کرده و دمای آن بالا می­رود و گازها یونیزه شده و هادی جریان می­شوند. شروع یک قوس به چند روش مختلف می­باشد:

روشن کردن تماسی : اگر الکترود با قطعه کار تماس پیدا کند اتصال کوتاه رخ خواهد داد، سپس با کشیدن سریع الکترود تنگستن گرم شده و قوس به پایداری می­رسد.
ولتاز بالای DC: اگر یک منبع تغذیه با ولتاژ بالا فراهم باشد، این اختلاف پتانسیل دو سر قطب مثبت و منفی سبب یونیزه شدن فضای دو قطب شده و قوس برقرار می­شود.
فرکانس بالا-ولتاژ بالا: شکل این روش تولید نویزهای رادیویی است.
برای برقراری قوس در فرآیند قوس الکتریکی دستی از طریق تماس الکترود با سطح کار استفاده می­گردد. در این روش در لحظه برخورد نوک الکترود با سطح کار آمپری 5/1 برابر حالت تنظیم شده، اعمال شده و به محض برقراری قوس آمپر کاهش یافته  و به حد تنظیم شده می­رسد. نکات مهم در فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی عبارتند از: قوس الکتریکی منبع گرماست، نیروی قوس سبب انتقال مذاب از الکترود به قطعه می­شود، نوع طراحی منبع تغذیه پایداری قوس را مشخص می­کند.

در فرآیند جوشکاری قوس با گاز محافظ، الکترود قوس و حوضچه مذاب بوسیله گازها محافظت می­شوند.

جوشکاری قوس الکتریک با گاز محافظ و الکترود مصرف نشدنی: به آن جوش آرگون هم گفته می­شود. قوس الکتریکی گرمای لازم را برای جوشکاری و گاز آرگون عمل حفاظت را فراهم می­کند. این جوشکاری شامل تجهیزاتی از قبیل GTAM و منبع تغذیه جریان ثابت می­باشد.
جوشکاری قوس الکتریک با گاز محافظ و الکترود مصرف شدنی: در این فرآیند الکترود مصرف شدنی توسط قوس الکتریکی ذوب شده و سبب پر کردن درز جوش می­شود.
سیم جوش مورد استفاده در این فرآیند از نوع مفتول توپر می­باشد. گاز محافظ از الکترود و حوضچه جوش در مقابل هوا محافظت می­کند. گاز محافظ به دو دسته گاز فعال و خنثی تقسیم می­شود. گاز خنثی گازی است که اثر متابولوژیکی بر حوضچه مذاب نداشته باشد مانند هلیوم و آرگون. در حالی که گازهای فعال با حوضچه مذاب واکنش شیمیایی می­دهند. برای انتخاب گاز محافظ باید مواردی از قبیل فلز پایه، نوع جوشکاری، خواص مورد نیاز در جوش را مد نظر قرار داد. تجهیزات گاز محافظ عبارتند از رگلاتور، فلومتر و سیلندر. سیم جوش­ها نیز بر دو نوع سیم جوش جامد و سیم جوش تو پودری می­باشند.

در فرآیند جوشکاری تیگ، از یک الکترود تنگستنی مصرف نشدنی که در داخل مشعل قرار نگرفته است، استفاده می­شود. از گاز محافظ نیز برای حفاظت از الکترود و حوضچه جوش مذاب استفاده می­شود. در انجام جوشکاری تیگ چهار جز اصلی منبع نیرو، مشعل، الکترود و گاز محافظ را باید در نظر گرفت.

مزیت جوشکاری تیگ عبارتند از:

حاصل این فرآیند جوش با کیفیت بالا است.
با پاشش جرقه همراه نیست.
سرعت بالا در جوشکاری ورق نازک
کنترل دقیق بر شکل گرده جوش
دارای دود بسیار کم
معایب جوشکاری تیگ عبارتند از:

نرخ رسوب کم است.
داشتن مهارت زیاد در این نوع جوشکاری
اگر الکترود با حوضچه تماس پیدا کند، باعث ایجاد عیب آخال می­شود.
به آلودگی فلز پایه بسیار حساس است.
نشت آب از مشعل­های آب خنک، باعث اکسید شدن و تخلخل در جوش می­شود.
برای ثیت نام در دوره آموزش جوشکاری  کلیک کنید.

متغیرهای فرآیند تیگ نیز به شرح زیر می­باشد:

شدت جریان: شدت جریان در قوس الکتریکی نفوذ جوش را کنترل می­کند. انتخاب نوع جریان به فلزی که جوشکاری می­شود نیز بستگی دارد. منابع نیروی مورد استفاده در این جوشکاری شامل جریان مستقیم با الکترود منفی، جریان متناوب و جریان مستقیم با الکترود مثبت است.
ولتاژ قوس: مقدار ولتاژ بین الکترود تنگستن و سطح کار، ولتاژ قوس نامیده می­شود. ولتاژ قوس تحت تاثیر مواردی از قبیل جریان قوس، شکل نوک الکترود تنگستن، فاصله بین نوک الکترود و سطح کار و نوع گاز محافظ است.
سرعت پیشروی: بر روی نفوذ و عرض گرده جوش تاثیر می­گذارد. پیشروی ممکن است یک متغیر وابسته باشد که برای بدست آوردن کیفیت جوش طبق بهترین حالت با دیگر متغیرها انتخاب شود.
تغذیه سیم جوش: در جوشکاری دستی نحوه اضافه کردن فلز پر کننده بر ظاهر جوئش تاثیر می­گذارد. در دستگاه اتوماتیک سرعت تغذیه، میزان رسوب فلز جوش را به ازای طول جوش تعیین می­کند.
مشعل­های تیگ الکترود تنگستن را که رسانای جریان الکتریکی به قوس است را در خود نگه می­دارد و عامل رساندن گاز محافظ به قوس و حوضچه مذاب می­باشد. قطعات مشعل­ها شامل الکترودگیر و نازل گاز می­باشد. جنس نازل­ها از سرامیک و فلز و سرامیک با روکش فلزی و کوارتز است. انتخاب اندازه نازل به قطر الکترود، شکل طراحی اتصال، جنس فلز پایه و نوع گاز و آمپر مصرفی بستگی دارد. مشعل­ها عبارتند از:

مشعل­های با گاز خنک شونده: عمل خنک شدن توسط گاز محافظ خنکی که از میان مشعل عبور می­کند، انجام می­شود.
مشعل­های آب خنک: توسط جریان آبی که از داخل سر مشعل جریان دارد، خنک می­شوند. آب خنک کننده از میان شیلنگ ورودی وارد مشعل شده و از شیلنگ خروجی خارج می­شود.
یکی از متغیرهای مهم فرآیند جوشکاری تیگ، شکل نوک الکترود است. در جوشکاری با جریان AC نوک الکترود گرد و در جریان DC نوک الکترود تخت است. شکل هندسی نوک الکترود  بر شکل و اندازه درز جوش تاثیر می­گذارد. آلودگی الکترود وقتی صورت می­گیرد که جوشکار تصادفا الکترود وارد حوضچه جوش نماید و یا الکترود به سیم جوش اتصال پیدا کند. سایر آلودگی­ها شامل بخار فلزی حاصل از قوس و پاشش جرقه و فوران حوضچه جوش می­باشد. الکترودهای تنگستنی به دو دسته الکترود تنگستن خالص و الکترود تنگستن توریم دار تقسیم می­شوند.

جوشکاری قوسی با گاز محافظ و الکترود مصرف شدنی به جوشکاری میگ مگ معروف است. در این فرآیند حرارت لازم برای ذوب الکترود و فلز پایه از طریق تشکیل قوس تامین می­گردد. الکترود در این فرآیند سیمی است که بصورت دائم و و با سرعت معین به حوضچه جوش تغذیه می­گردد. مزیت آن عبارتست از:

سرعت بالا
نرخ رسوب بالا
تغذیه سیم بطور مداوم است.
نیاز به برطرف کردن سرباره از جوش نیست.
قابل اتومات شدن است.
معایب جوشکاری میگ مگ عبارتست از:

تجهیرات آن پیچیده­تر و قیمت بالای دارند.
مشعل باید همیشه به سطح کار نزدیک باشد.
احتمال ترک در جوش وجود دارد.
در فرآیند میگ مگ سیم جوش بطور اتوماتیک از میان مشعل با سرعت از پیش تنظیم شده­ای، خارج می­شود. جوشکاری میگ مگ برای اکثر فلزات وآلیاژها بکار گرفته می­شود. تجهیزات مورد نیاز این روش:

منبع نیرو: ولتاژ مناسب را برای تشکیل قوس و آمپر لازم را برای ذوب فراهم می­کند.
سیستم تغذیه سیم: سیم جوش را با یک سرعت مناسب به حوضچه جوش تغذیه می­کند.
سیستم گاز محافظ: عمل محافظت حوضچه جوش را از تاثیر عناصر مضر هوا انجام می­دهد.
مشعل: جریان الکتریکی و گاز محافظ و سیم جوش را به حوضچه جوش می­رساند.
قسمت­های مختلف مشعل عبارتند از: نازل گاز، نازل تماس، لاینر، لوله رابطه برنجی، شیلنگ خروجی گاز و شیلنگ رفت و برگشت آب. از جمله گازهای محافظ مورد استفاده در این روش می­توان به گاز آرگون، دی اکسید کربن، اکسیژن و هیدروژن و هلیم اشاره کرد.

انتقال مذاب در جوشکاری میگ مگ بصورت قطره­ای انجام می­شود. چهار حالت انتقال مذاب عبارتند از:

انتقال بصورت اتصال کوتاه: برای جوشکاری ورق نازک کاربرد دارد. با برقراری قوس الکتریکی سیم ذوب شده و تشکیل قطره­ای کوچک را می­دهد و با بزرگتر شدن این قطره و با حرکت سیم جوش این قطره به سطح حوضچه برخورد می­کند و جریان قطع شده تا قطره جذب حوضچه جوش شود.
انتقال گلوله: انتقال گلوله با شدت جریان کمتر و ولتاز بیشتر صورت می­گیرد و با تشکیل یه قطره بزرگ مذاب در نوک سیم مشخص می­شود که این قطره در اثر جاذبه در حوضچه سقوط می­کند.
انتقال اسپری: قطرات مذاب تشکیل شده در انتهای سیم جوش، در اثر نیروهای محوری بصورت فلزات بسیار ریز بدون اتصال کوتاه و پاشش جرقه به سمت حوضچه جوش حرکت می­کند.
انتقال اسپری پالسی: یک نوع قوس اسپری بوده که در فواصل زمانی معین، آمپر در محدوده کم و زیاد نوسان می­کند. وقتی جریان در سطح بالاست باعث جداشدن قطره مذاب از نوک سیم شده و در جریان سطح پایین هیچ انتقال مذابی صورت نمی­گیرد.
جوشکاری با قوس الکتریکی دستی از گرمای قوس برای ذوب فلز پایه و الکترود روپوش دار استفاده می­شود. این فرآیند شامل نیرو، کابل جوشکاری، انبر الکترودگیر و انبر اتصال و الکترود می­باشد. مزایای آن عبارتند:

دارای تجهیزات ساده و ارزان
روپوش الکترود مانع از اکسید شدن فلز جوش می­شود.
به گاز محافظ نیازی نیست.
کاربرد برای اکثر فلزات
در جوشکاری با قوس الکتریکی دستی از دو جریان AC و DC استفاده می­شود. انتخاب نوع جریان بستگی به روکش الکترود مصرفی دارد. مزایای جریان مستقیم عبارتست از: امکان جوشکاری با آمپر کم، کاربرد برای هر نوع الکترود، برقراری قوس راحت­تر است و معایب آن شامل امکان ایجاد وزش قوس و گران بودن.

مزایای جریان متناوب عبارتست از: ارزان قیمت، امکان ایجاد قوس وجود ندارد و معایب آن شامل مشکل بودن برقراری قوس، قابل کاربرد برای همه الکترودها نیست و خطر برق گرفتگی در آن زیاد است.

متغیرهای جوشکاری قوس الکتریکی دستی شامل آمپر، طول قوس و سرعت حرکت است که سرعت حرکت به عواملی قبیل قطبیت جریان، موقعیت جوشکاری، نرخ ذوب الکترود، ضخامت مواد، وضعیت سطح فلز پایه، نوع اتصال بستگی دارد. سرعت جوشکاری باید به گونه­ای تنظیم شود که قوس به آرامی حوضچه جوش مذاب را هدایت کند. افزایش سرعت درز جوش را باریک و نفوذ را افزایش می­دهد. سرعت­های بسیار بالا باعث کاهش نفوذ و ایجاد تخلخل می­شود.

فرآیند جوشکاری به روش زیر پودری از طریق دستگاه تغذیه سیم جوش فلزی جامد یک قوس پایدار برقرار می­شود که همواره حین جوشکاری در زیر لایه­ای از سطح پودر محافظ برقرار می­گردد. این روش بیشترین ضریب راندمان را در ارتباط با نرخ رسوب فلز جوش دارد. این روش لایه پودر دانه­ای روی سیم جوش ریخته می­شود و امکان محافظت از فلز مذاب را فراهم می­کند. دو نوع ترکیب برای پودر و سیم جوش الکترود آلیاژی با پودر خنثی، الکترود از جنس فولاد کربنی با پودر آلیاژی می­باشد. بنابراین انجمن جوش آمریکا دو روش مکانیزه و نیمه مکانیزه را ارائه داد. در روش مکانیزه محفظه حاوی پودر محافظ بالای مشعل جوشکاری قرار داده می­شود و به کمک نیروی گرانش به آرامی روی منطقه مذاب توزیع می­شود. در روش نیمه مکانیزه، پاشش پودر محافظ از طریق هوای فشرده و یا بطریق دستی و مستقیم در حین جوشکاری نجام می­شود. مزایای روش زیر پودری عبارتند از:

نرخ رسوب بالا
راندمان بالا
محافظت از اپراتور
نفوذ بالا
معایب آن عبارتند از:

استفاده از تجهیزات جانبی در وضغیت­ها مختلف جوشکاری
برای قرار دادن تجهیزات قید و بندهای زیادی لازم است.
پوشاندن قوس در حین جوشکاری
بروز ترک­های انجمادی
4-طبقه­ بندی عیوب جوشکاری

ناتمامی به یک نوع بی­نظمی سه ­بعدی در شبکه اتم­ها گفته می­شود که نظم ساختار شبکه را نسبت به حالت تعادل به هم می­زند.
ناپیوستگی به مجموعه­ای از ناتمامی­ ها گفته می­شود که بطور عادی قابل کشف نیست.
نقص به ناپیوستگی قابل کشف گفته می­شود که در شرایط عمومی موجب شکست سازه نمی­شود.
عیب به نقصی گفته می­شود که تحت شرایط عمومی خاطر آن احتمال شکست وجود دارد.

ثبت نام دوره آموزشی جوشکاری