ALPHAsanat

جوشکاری

وبلاگ

۱۰ اردیبهشت ۱۳۹۹ 82 بازدید
ALPHAsanat
جوشکاری

جوشکاری

جوشکاری یکی از روش های ساخت قطعات فلزی است که با استفاده از حرارت بالا و ذوب موادی مانند فلز یا ترموپلاستیک و سپس سرد کردن، آنها را به طور دائم به هم متصل می کند. این روش با تکنیک های اتصال مواد با حرارت پایین مانند لحیم کاری نرم و سخت متفاوت می باشد.

علاوه بر ذوب مواد پایه، ماده ای به عنوان پرکننده نقطه اتصال (سیم جوش یا الکترود) نیز در این فرایند دخالت دارد تا پس سرد شدن مواد پایه را در کنار هم نگه دارد. این اتصال پس از سرد شدن می تواند بسیار قوی تر از مواد پایه باشد. گاهی اوقات در فرآیند جوشکاری فشار نیز همراه با حرارت استفاده می شود. همچنین جوشکاری به شکلی از پوشش برای محافظت از آلودگی یا اکسایش مواد پرکننده یا ذوب شده نیاز دارد.

برای فرآیند جوشکاری از بسیاری از منابع انرژی مانند شعله گاز، قوس الکتریکی، لیزر، تشعشعات الکترونی، اصطکاک و امواج فراصوت استفاده می شود. فرآیند جوشکاری در محیط های متفاوتی مانند فضای باز، زیر آب و فضای خارج از جو انجام می گردد. این فرآیند خطرهای خود را برای انسان نیز به همراه دارد. از جمله این خطرها می توان به سوختگی، شوک الکتریکی، صدمات چشمی، استنشاق بخار و گازهای سمی و قرار گرفتن در معرض پرتوهای فرابنفش اشاره کرد.

تا پیش از اواخر قرن نوزدهم تنها فرآیند جوشکاری، فرآیند جوشکاری فورجینگ بود که آهنگران از این فرآیند طی هزاران سال توسط حرارت و چکش کاری برای اتصال آهن به استیل استفاده می کردند. جوشکاری با قوس الکتریکی و جوشکاری با اکسیژن جزو اولین فرآیندهای جوشکاری بودند که در اواخر قرن نوزدهم توسعه یافتند و خیلی زود پس از آن فرآیند جوشکاری مقاومتی نیز برای اتصال مواد مورد استفاده قرار گرفت. فناوری جوشکاری طی قرن بیستم و با وقوع دو جنگ جهانی و نیاز بشر به روش های اتصال مطمئن و ارزان به سرعت رد کرد. پس از جنگ جهانی دوم چندین فرآیند جوشکاری مدرن مانند جوشکاری قوسی فلز پوشش دار (SMAW) که از محبوب ترین فرآیندهای جوشکاری محسوب می گردد و فرآیندهای نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک مانند جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW)، جوشکاری زیرپودری (SAW)، جوشکاری قوسی توپودری (FCAW) و جوشکاری سرباره الکتریکی (ESW) توسعه یافتند. ابداعاتی مانند جوشکاری با پرتو لیزر (LBW)، جوشکاری با تشعشعات الکترونی (EBW)، جوشکاری پالس مغناطیسی (MPW) و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) در نیمه دوم قرن بیستم به توسعه فرآیندهای جوشکاری شدت بخشید. امروزه با پیشرفت علم در صنعت جوشکاری با ربات به امری متداول تبدیل گشته و پژوهشگران همچنان در پی توسعه فرآیندهای جدید جوشکاری و درک بهتر کیفیت جوش هستند.

فرآیند جوشکاری

فرآیندهای جوشکاری از یک دستگاه منبع تغذیه برای ایجاد قوس الکتریکی میان الکترود و مواد پایه جهت ذوب مواد در نقطه جوش استفاده می کنند. منابع تغذیه از جریان مستقیم (DC) یا جریان متناوب (AC) و الکترودهای مصرفی یا غیر مصرفی استفاده می کنند. گاهی اوقات از ناحیه جوش توسط گازهای نجیب (بی اثر) استفاده می شود.

منابع تغذیه

برای تامین انرژی الکتریکی در فرآیندهای جوشکاری قوسی از منابع تغذیه متعددی استفاده می گردد. معمول ترین نوع منابع تغذیه جوشکاری منابع تغذیه با جریان الکتریکی ثابت و منابع تغذیه با ولتاژ ثابت می باشند. در جوشکاری قوسی، طول قوس با ولتاژ و مقدار حرارت با جریان الکتریکی نسبت مستقیم دارد.

از آن جایی که منابع تغذیه با جریان الکتریکی ثابت، جریان الکتریکی را حتی هنگامی که ولتاژ تغییر می کند، ثابت نگه می دارند، برای فرآیندهای جوشکاری دستی مانند جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) و جوشکاری قوسی فلز پوشش دار (SMAW) استفاده می گردند. توجه به این نکته بسیار مهم است، زیرا در فرآیندهای جوشکاری دستی نگهداری ثابت الکترود دشوار است و در نتیجه طول قوس و ولتاژ نوسان خواهد داشت.

منابع تغذیه با ولتاژ ثابت، ولتاژ را ثابت نگه می دارند و جریان الکتریکی را تغییر می دهد و در نتیجه در فرآیندهای جوشکاری اتوماتیک مانند جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW)، جوشکاری قوسی توپودری (FCAW) و جوشکاری زیرپودری (SAW) استفاده می گردد. از آن جایی که در این فرآیندهای جوشکاری، هر نوسانی میان سیم جوش و مواد پایه توسط تغییرات بزرگ در جریان به سرعت به یک خط مستقیم تبدیل می شود، در طول قوس در این فرآیندها ثابت می ماند. برای مثال اگر سیم جوش و مواد پایه خیلی به هم نزدیک شوند، جریان الکتریکی به سرعت افزایش می یابد که این امر باعث افزایش حرارت و ذوب شدن نوک سیم جوش می گردد و پس از آن میان سیم جوش و مواد پایه فاصله می افتد.

نوع جریان الکتریکی، نقشی مهمی در جوشکاری قوسی ایفا می کند. عموما فرآیندهای الکترود مصرفی مانند جوشکاری قوسی فلز پوشش دار (SMAW) و جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) از جریان مستقیم الکتریکی استفاده می کنند ولی الکترود را می توان به صورت مثبت یا منفی شارژ نمود. در جوشکاری، آندی که به صورت مثبت شارژ شود، حرارت زیادتری ایجاد می کند و در نتیجه تغییر قطب الکترودها بر مشخصه های جوش تاثیر می گذارد. اگر الکترود به صورت مثبت شارژ شود، مواد پایه داغتر می شوند، نفوذ جوش افزایش می یابد و سرعت جوشکاری افزایش پیدا می کند. متقابلا شارژ منفی الکترود، منجر به جوش های سطحی می گردد. فرآیندهای الکترود غیر مصرفی مانند جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) از جریان الکتریکی مستقیم یا متناوب استفاده می کنند. با این حال از آن جایی که الکترود، تنها قوس را ایجاد می کند، اگر به صورت مثبت شارژ شود باعث ایجاد جوش سطحی می گردد، در حالی که اگر الکترود به صورت منفی شارژ گردد، جوش عمیق تر خواهد بود. تغییر سریع جریان الکتریکی به نفوذ جوش متوسط منجر می شود.

معرفی مختصر فرآیندهای جوشکاری

جوشکاری قوسی فلز پوشش دار (SMAW)

یکی از متداول ترین انواع جوشکاری های قوسی، جوشکاری قوسی فلز پوشش دار (SMAW) است که به جوشکاری الکترود دستی نیز معروف می باشد. جریان الکتریکی برای ایجاد قوسی میان مواد پایه و میله الکترود مصرفی که از مواد پرکننده (معمولا استیل) ساخته شده، به کار می رود و با شاری محافظت می گردد که حین فرآیند جوشکاری ناحیه جوش را توسط تولید گاز دی اکسید کربن (CO۲) از اکسایش و آلودگی محافظت می کند. هسته الکترود نقش ماده پرکننده را ایفا می کند. این فرآیند انطباق پذیر است و می توان آن را با تجهیزات نسبتا ارزان به کار برد و به همین دلیل برای کارهای دم دستی، خانگی و کارگاهی مناسب می باشد. جوشکار با کمی تمرین می تواند به مهارت در انجام این فرآیند جوشکاری دست یابد. از آن جایی که الکترودهای مصرفی مرتبا تعویض می گردند و سرباره که باقیمانده شار است می بایست پس از جوشکاری حذف گردد، زمان جوشکاری طولانی است. علاوه بر این، عموما این فرآیند به جوشکاری مواد آهنی محدود می شود ولی الکترودهای مخصوصی جوشکاری چدن، نیکل، آلومینیوم، مس و دیگر فلزات را نیز ممکن ساخته اند.

جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW)

این فرآیند جوشکاری که با عنوان جوشکاری فلز گاز خنثی (MIG) نیز شناخته می شود، یک فرآیند جوشکاری نیمه اتوماتیک یا تمام اتوماتیک است که از تغذیه مداوم سیم به عنوان الکترود و ترکیب گاز بی اثر برا محافظت جوش از آلودگی استفاده می کند. از آنجایی که در این فرآیند جوشکاری، الکترود پیوسته است، سرعت این فرآیند بیشتر از فرآیند جوشکاری قوسی فلز پوشش دار (SMAW) است.

فرآیند جوشکاری قوسی توپودری (FCAW)

این فرآیند جوشکاری از سیمی حاوی الکترودی از جنس فولاد که ماده پرکننده پودری را می پوشاند، استفاده می کند. این نوع سیم از سیم توپر گرانتر است و بخار و یا سرباره تولید می کند، اما سرعت و نفوذ جوش بیشتری دارد.

جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW)

این فرآیند که به فرآیند جوشکاری تنگستن گاز خنثی (TIG) نیز معروف است، یک فرآیند جوشکاری دستی است که از الکترود تنگستن غیر مصرفی، ترکیبی از گازهای بی اثر و مواد پرکننده استفاده می کند. این فرآیند به خصوص در مواد سبک کاربرد دارد و قوس مداوم و جوش های با کیفیت بالا از مشخصه های آن است. جوشکار این فرآیند جوشکاری نیز باید مهارت زیادی داشته باشد. این فرآیند جوشکاری تقریبا برای تمامی فلزات قابل جوشکاری به کار می رود ولی بیشتر کاربرد آن در فلزات ضدزنگ و سبک مانند دوچرخه، هواپیما و وسایل نقلیه دریایی می باشد.

فرآیند جوشکاری پلاسما (PAW)

این فرآیند نیز از الکترود تنگستن استفاده می کند ولی برای تولید قوس، گاز پلاسما را به کار می برد. قوس در این فرآیند جوشکاری متمرکزتر از قوس جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) است. به دلیل جریان الکتریکی مداوم این فرآیند جوشکاری، این فرآیند برای محدوده بزرگتری از فلزات ضخیم نسبت به جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) به کار می رود و از این فرآیند سریعتر می باشد. این فرآیند قابل اعمال بر تمامی مواد قابل جوشکاری در فرآیند جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) به جز منیزیم است. جوشکاری اتوماتیک فلزات ضدزنگ یکی از کاربردهای مهم این فرآیند می باشد.

اشتراک گذاری Telegram Facebook WhatsApp Twitter
برچسب‌ها: