تاريخچه ي مختصراز جوشکاري دستي قوس برقي(S.M.A.W)

قوس برقي در سال 1807توسط سرهمفري ديوي کشف شد ولي استفاده از آن در جوشکاري فلزات به يکديگر هشتاد سال بعد از ين کشف ، يعني در سال 1881 اتفاق افتاد. فردي به نام آگوست ديمري تنز در ين سال توانست با استفاده از قوس برقي و الکترود ذغالي صفحات نگهدارنده انباره باطري را به هم متصل نميد.بعد از آن يک روسي به نام نيکولاس دي بارنادوس با يک ميله کربني که دسته ي عيق داشت توانست قطعاتي را به هم جوش دهد. وي در سال 1887 اختراع خود را در انگلستان  به ثبت رساند.ين قديمي ترين اختراع به ثبت رسيده در عرصه جوشکاري دستي قوسي برقي مي باشد.فريند جوشکاري با الکترود کربني در سالهي 1880و1890در اروپا و آمريکا رواج داشت ولي استفاده از ولت زياد (100 تا 300ولت)و آمپر زياد (600تا 1000آمپر)در ين فريند و فلز جوش حاصله که به علت ناخالصيهي کربني شکننده بود همه باعث مي شد ين فريند با اقبال صنعت مواجه نشود.

جهش از اين مرحله به مرحله فريند جوشکاري با الکترود فلزي در سال 1889 صورت گرفت.در اين سال يک محقق روس به نام اسلاويانوف و يک آمريکيي به نام چارلز کافين(بنيانگذار شرکت جنرال الکتريک)هرکدام جداگانه توانستند روش استفاده از الکترود فلزي در جوشکاري با قوس برقي را ابداع نمایند.
در آغاز قرن بيستم جوشکاري دستي با قوس برقي مورد قبول صنعت واقع شد. عليرغم ایرادهای فراوان(استفاده از مفتول لخت و بدون روکش)مورد استفاده قرار گرفت.در آمريکا از مفتول لخت که داري روکش نازکي از اکسيد آهن که ماحصل زنگ خوردگي طبيعي و يا بخاطر پاشيدن عمدي آب بر روي کلافه ي مفتول قبل از کشيده شدن نهيي بود استفاده مي شد و گاهي اين مفتول لخت با آب آهک آغشته مي شد تا در هر دو وضعيت بتواند ثبات قوس برقي را بهتر فراهم آورد.آقي اسکار کجل برگ سوئدي را بيد پدر الکترودهي روکش دار مدرن شناخت وي نخستين شخصي بود که مخلوطي از مواد معدني و آلي را به منظور کنترل قوس برقي و خصوصيات مورد نظر از فلز جوش حاصله با موفقيت به کار برد. وي اختراع خود را در سال 1907 به ثبت رساند.ماشينهاي جوشکاري با فعاليتهای فوق الذکر به روند تکاملي خود ادامه مي دادند. در سال 1880 مجموعه ي از باطري پر شده به عنوان منبع نيرو در ماشينهای جوشکاري به کار گرفته شد.تا اينکه در سال 1907 نخستين دستگاه Generator جوشکاري به بازار آمريکا عرضه شد.

جوشکاري با گاز يا شعله

جوشکاري با گاز يا شعله يکي ازاولين روشهای جوشکاري معمول در قطعات آلومينيومي  بوده و هنوز هم در کارگاههاي  کوچک در صنياع ظروف آشپزخانه و دکوراسيون و تعميرات بکارميرود. در ين روش فلاکس يا روانساز يا تنه کاربري برطرف کردن لايه اکسيدي بکار ميرود.
مزيا: سادگي فريند و ارزاني و قابل حمل و نقل بودن وسايل

محدوده کاربرد:ورقهاي نازک 8/0تا 5/1ميليمتر
محدوديتها:باقي ماندن روانساز لابلاي درزها و تسريع  خوردگي – سرعت کم – منطقه   H.A.Zوسيع است .
قطعات بالاتر از 5/2ميليمتر را به دليل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بين روش جوش نميدهند.
حرارت لازم در ين  روش از واکنش شيمييي گاز با اکسيژن بوجود مي يد.
حرارت توسط جابجايي و تشعشع به كار منتقل ميشود. قدرت جابجايي به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگي دارد. لذا تغيير اندکي در درجه حرارت شعله مي تواند ميزان حرارت تشعشعي و شدت آنرا بمقدار زيادي تغيير دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشي از احتراق و حجم اکسيژن لازم بري احتراق و گرمي ويژه و حجم محصول احتراق(گازهاي توليد شده) بستگي دارد. اگر از هوا برای احتراق استفاده شود مقدار ازتي که وارد واکنش سوختن  نمي شود قسمتي از حرارت احتراق را جذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله مي شود. بنابرين تنظيم کامل گاز سوختني و اکسيژن لازمه ايجاد شعله با درجه حرارت بالاست. گازهای سوختني نظير استيلن يا پروپان يا هيدروژن و گاز طبيعي نيز قابل استفاده است که مقدار حرارت احتراق و  در نتيجه درجه حرارت شعله نيز متفاوت خواهد بود. در عين حال معمولترين گاز سوختني گاز استيلن است.
تجهيزات و وسايل اوليه ين روش شامل سيلندر گاز اکسيژن و سيلندر گاز استيلن يا مولد گاز استيلن و رگولاتور تنظيم فشار بري گاز و لوله لاستيکي انتقال دهنده  گاز به مشعل و  مشعل جوشکاری است.
استيلن با فرمول C2H2 و بوی بد در فشار بالا ناپيدار و قابل انفجار است و نگهداری و حمل و نقل آن نيازبه رعيت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سيلندر حدود psi 2200است و رگولاتورها ين فشار را تا زير psi 15 پيين می آورند. و به سمت مشعل هدايت مي شود. (در فشارهاي بالا ايمني کافي وجود ندارد).توجه به اين نکته نيز ضروري است که اگر بيش از 5 مترمکعب در ساعت ازاستيلن استفاده شود از سيلندر استن بيرون خواند زد که خطرناک است.
بعضي اوقات از مولدهاي استيلن بري توليد گاز استفاده ميشود. بر اساس ترکيب سنگ کاربيد با آب گاز استيلن توليد ميشود.                  
CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2
روش توليد گاز با سنگ کاربيد به دو نوع کلي تفسيم ميشود.
-1روشي که آب بر روي کاربيد ريخته ميشود.
-2روشي که کاربيد  با سطح آب تماس حاصل ميکند و باکم و زياد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغييرمي کند.

رگولاتورها(تنظيم کننده هي فشار) هم داري انواع گوناگوني هستند و برای فشارهای مختلف ورودي و خروجي مختلف طراحی شده اند. رگولاتورها داري دو فشارسنج هستند که يکي فشار داخل مخزن و ديگري فشار گاز خروجي را نشان ميدهند. رگولاتورها در دو نوع کلي يک مرحله ی و دو مرحله ي تقسيم ميشوند که ين  تقسيم بندي همان  مکانيزم تقليل فشار است. ذکر جزييات دقيق رگولاتورها در اينجا ميسر نيست اما اطلاع از فريند تنظيم فشار بري  هر مهندسي لازم است(حتما پيگير باشيد.)
کار مشعل آوردن حجم مناسبي از گاز سوختني و اکسيژن سپس مخلوط کردن آنها و هدايتشان به سوي نازل است تا شعله مورد نظر را ايجاد کند.
اجزا مشعل: 
الف-شيرهای تنظيم گاز  سوختني و اکسيژن
ب-دسته مشعل
ج-لوله اختلاط
د-نازل

قابل ذکر اينکه طرحهای مختلفي درقسمت ورودی گاز به  لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزيمم حرکت اغتشاشي به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسير در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله ی آرام  بوجود آيد.
در انتها يادآور مي شود مطالب بسيار زيادي در اين خصوص وجود داشت که بدليل عدم امکان نميش تصاوير که عمدتاً اسکن هم نشده اند بيش از اين به شرح و توضيح آنها نپرداختم. از جمله اين مطالب شناسي نوع شعله(از لحاظ قدرت و کاربرد) بود.يا نشان دادن چند نوع رگولاتور از نمای شماتيک و … .

پيچيدگی(Distortion)
پيچيدگي و تغيير ابعاد يکي ازمشکلاتي است که در اثر اشتباه طراحي و تکنيک عمليات  جوشکاري ناشي ميشود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوريک تنها به اين مورد اشاره ميکنيم که حين عمليات جوشکاري به دليل عدم فرصت کافي بري توزيع يکنواخت بار حرارتي داده شده به موضع جوش و سرد شدن سريع محل جوش انقباضي  که ميبايست در تمام قطعه پخش ميشد به ناچار در همان محدوده خلاصه ميشود و اين انقباض اگر در محلي باشد که از نظر هندسي قطعه زاويه دار باشد منجر به اعوجاج زاويه ي(Angular distortion) ميشود.در نظر بگيريد تغيير زاويه ي هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طويل چه ايراد اساسي در قطعه نهايي ايجاد

مي کند.
حال اگر خط جوش در راستي طولي و يا عرضي قطعه باشد اعوجاج طولي و عرضي(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage) نميان ميشود. اعوجاج طولي و عرضي همان کاهش طول قطعه نهيي ميباشد. ين موارد هم بسيار حساس و مهم هستند.
نوع ديگري از اعوجاج تاول زدن يا طبله کردن و يا قپه Bowing)) ميباشد.
ذکر يکي از تجربيات در اين زمينه شيد مفيد باشد. قطعه ي به طول 20 متر آماده ارسال بري نصب بود که بنا به خواسته ناظرميبايست چند پاس ديگر در تمام طول قطعه جوش داده ميشد. تا ساق  جوش 2-3ميليمتر بيشتر شود. بعد از انجام اينکارکاهش 27ميليمتري در قطعه بوجود آمد. و اين يعني فاجعه . چون اصلاح کاهش طول معمولا  امکان پذير نيست و اگر هم با روشهي کارگاهي کلکي سوار کنيم تنها هندسه شکل را اصلاح کرده يم و چه بسا حين استفاده از قطعه آن وصله کاري توان تحمل بارهاي وارده را نداشته باشد و ايرادات بعدي نميان شود.
بهترين راه برای رفع اين ايراد جلوگيري ازبروز Distortion است. و(طراح يا سرپرست جوشکاري خوب) کسي که بتواند پيچيدگي قطعه را قبل ازجوش حدس بزند و راه جلوگيري از آن راهم پيشنهاد بدهد.

بعضي راهکارهای مقابله با اعوجاج:
ا ندازه ابعاد را کمي بزرگتر انتخاب کرده …بگذاريم هر چقدر که ميخواهد در ضمن عمليات تغيير ابعاد  و پيچيدگي در آن يجاد شود.پس از خاتمه جوشکاري عمليات خاص نظير ماشين کاري…حرارت دادن موضعي و يا پرسکاري بري برطرف کردن تاب برداشتن و تصحيح ابعاد انجام ميگيرد.
2- حين طراحي و ساخت قطعه با تدابير خاصي اعوجاج را خنثي کنيم.
3- از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر برای بدست آوردن استحکام مورد  نياز استفاده شود.
4-تشديد حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در اينصورت نفوذ بهتري داريم و نيازي به جوش اضافه نيست.
5- ازدياد سرعت جوشکاري که باعث کمتر حرارت ديدن قطعه ميشود.
6- در صورت امکان بالا بردن ضخامت چرا که در قطعات با ضخامت کم  اعوجاج بيشتر نمود دارد.
7- تا حد امکان انجام جوش در دوطرف کار حول محور خنثي
8- طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحيح طراحي شده باشد ميتواند فرضاً مصالح جوش را در اطراف محور خنثي پخش کند و تاحد زيادي از ميزان اعوجاج بکاهد.
9- بکار بردن گيره و بست و نگهدارنده باري مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه

عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج :
1- حرارت داده شده موضعي , طبيعت و شدت منبع حرارتي  و روشي که اين حرارت به کار رفته و همچنين نحوه سرد شدن
2- درجه آزادي يا ممانعت بکار رفته برای جلوگيري از تغييرات انبساطي و انقباظي. ين  ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و يا از طريق مکانيکي (گيره يا بست يا نگهدارنده و خالجوش)اعمال شود.
3- تنشهای پسماند قبلي در قطعات و اجزا مورد جوش گاهي اوقات موجب تشديد تنش های ناشي از جوشکاري شده و در مواردي  مقداري از ين تنش ها را خنثي ميکند.
4- خواص فلز قطعه کار واضح است که در شريط مساوي طرح اتصال(هندسه جوش) و جوشکاري مواردي مانند ميزان حرارت جذب شده در  منطقه جوش و چگونگي نرخ انتقال حرارت و ضريب انبساط حرارتي و قابليت تغيير فرم پذيري و استحکام و بعضي خواص ديگر فلز مورد جوش تاثير قابل توجهي در ميزان تاب برداشتن دارد. مثلا در قطعات فولاد آستنيتي زنگ نزن مشکل پيچيدگي به مراتب بيشتر از فولاد کم کربن معمولي  ميباشد.