مبانی جوش‌کاری (بخش اول)

• تعریف جوشکاری
• حرارت لازم برای جوشکاری
• آشنایی با فرایندهای جوشکاری
• جوشکاری قوسی فلزی با الکترود روپوش‌دار

.1 پیشگفتار
امروزه در سراسر دنیا، سازههای فولادی بطورچشمگیری گسترش پیدا کرده است و اهمیت جوش سازههای فولادی بر کسی پوشیده نیست. اتصال جوش اگر درست طراحی شود و اصول فنی در اجرای آن رعایت گردد و نکات اساسی جوش، قبل از اجرا، حین اجرا و پس از اجرا بازرسی و کنترل شود، اطمینان از کیفیت اتصال جوش آنقدر بالا میرود را میتوان 111 در نظرگرفت. یعنی عملکرد اتصال جوش را میتوان همانند عملکرد فلز مبنای اصلی » بازده اتصال « که نورد شده دانست.

تعریف جوش‌کاری

روشهای اتصال فلزات به یکدیگر را بر حسب نوع فرایند و یا بنیان علمی آنها به دسته های مختلفی تقسیم‌بندی نموده‌اند:

.1 روشهای مکانیکی (پیچ، پرچ، میخ، پین، کشو، خار و …)

.2 روشهای متالورژیکی (جوشکاری، لحیم کاری و …)

.3 روشهای شیمیایی (چسبهای معدنی و آلی)

و یا بر حسب نوع اتصال رده بندی کرده اند:

.1 روشهای اتصال موقت (پیچ و مهره، پین، خار و …)

.2 روشهای اتصال نیمه موقت ( پرچ، احتمالاً لحیم کاری نرم و بعضی چسبها)

.3 روشهای اتصال دائم (فرایندهای جوشکاری و لحیم کاری سخت و اغلب چسبها)

جوشکار یاز فرآیندهای اتصال دائمی قطعات )فلزی یا غیرفلزی(، به روش ذوبی یا غیرذوبی، با بکارگیری یا بدون بکارگیری فشار، با استفاده یا بدون استفاده از ماده پرکننده )فیلر Filler ( میباشد. جوش ایده‌آ لرا میتوان به محل اتصالی اطلاق نمود که نتوان آن موضع را از قسمتهای دیگر قطعات جوش داده شده تشخیص داد. از نظر عملی نمیتوان چنین اتصالی را ایجاد نمود اما میتوان با کنترل شرایط و فرایند جوشکاری خواص محل اتصال را چنان بالا برد که در عمل کاملاً رضایت بخش باشد.

بطور خلاصه هر روش جوشکاری با چهار عمل ضروری زیر روبرو است و معمولاً رده بندی روشها بر مبنای این چهار عامل انجام میشود:

1.انرژی لازم.

.2 حذف و زدودن آلودگی ها از سطح جوش.

.3 محافظت سطح جوش در هنگام جوشکاری.

.4 خواص متالورژیکی جوش و کنترلهای لازم.

فرآیندهای جوشکاری به دو دسته اصلی تقسیم میشوند:

الف( فرآیندهای جوشکاری ذوبی مانند اغلب فرایندهای جوشکاری قوسی و …

ب( فرآیندهای جوشکاری حالت جامد مانند جوشکاری اصطکاکی و جوشکاری TLP و ….

در جوشکاری ذوبی دو لبه یا سطح متصل شونده حرارت دیده و به نقطه ذوب میرسد و در صورت لزوم برای پر کردن فاصله اتصال، ماده پرکننده ( فیلر Filler ) به مذاب اضافه میشود. جوشکاری حالت جامد عبارت است از نزدیک کردن دو سطح فلزی تمیز در جالت جامد به قدری که یک اتصال فلزی بین آنها بوجود آید. در جوشکاری ذوبی لازم است که قسمتی از فلز تا دمای بالاتر از نقطه ذوب حرارت ببیند، در حالیکه جوشکاری حالت جامد ممکن است در درجه حرارت اتاق انجام شود.

حرارت لازم برای جوشکاری

همه فرآیندهای ذوبی و بیشتر فرآیندهای حالت جامد برای انجام جوشکاری به حرارت نیاز دارند. حرارت لازم برای جوشکاری را میتوان بطرق مختلف بدست آورد که چند نمونه از آن عبارت است از :

.1 قوس الکتریکی : مثال : انواع جوشکاری قوسی  SMAW, GTAW, GMAW .))

.2 مقاومت الکتریکی : مثال : انواع جوشکاری مقاومتی )نقطه ای، غلتکی و…(.

.3 احتراق : ترکیب اکسیژن با سوختهای گازی، مایع، جامد مثال : انواع جوشکاری گازی )اکسی استیلن و…(

.4 واکنش شیمیایی : مثال : جوشکاری ترمیت

.5 اصطکاک : مثال : جوشکاری اصطکاکی

.6 الکترون : مثال: جوشکاری پرتوالکترونی

.7 نور: مثال: جوشکاری نوری، جوشکاری لیزر

آشنایی با فرآیندهای جوشکاری

از میان فرآیندهای جوشکاری، چهار فرآیند جوشکاری قوسی متداولتر است که به شرح آنها پرداخته میشود:

1 جوشکاری قوسی فلزی با الکترود روپوشدار Shielded Metal Arc Welding àSMAW .))

2 جوشکاری قوسی تنگستنی با حفاظت گاز خنثی

( Gas Tungsten Arc Welding àGTAW یا Tungsten Inert Gas àTIG .)

3 جوشکاری قوسی فلزی با حفاظت گاز

( Gas Metal Arc Welding àGMAW یا Metal Inert Gas/Metal Active Gas à MIG/MAG .)

4 جوشکاری زیرپودری ( Sub-merged Arc Welding àSAW

جوشکاری قوسی فلزی با الکترود روپوش دار  (SMAW)

یکی از متداولترین روشهای اتصال قطعات، جوشکاری قوسی فلزی با الکترود روپوشدار میباشد. ایجاد قوس

الکتریکی عبارت از جریان مداوم الکترون بین دو الکترود و یا الکترود و قطعه کار بوده که در نتیجه آن حرارت تولید میشود. باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریکی بین دو الکترود ، وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است. در این روش حوضچه مذاب ایجاد شده با استفاده از روپوش الکترود که ذوب میشود، محافظت میشود. شکل 1بطور شماتیک فرایند SMAW را نشان می‌دهد.

فرایند جوشکاری قوسی فلزی با الکترود روپوش دار.

قوس الکتریکی

اگر دو 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 جرقههایی زده میشود. این جرقه ها موجب یونیزه شدن هوای بین دو قطب شده و باعث عبور جریان برق و تکمیل مدار میگردند. از آنجائیکه مقاومت الکتریکی قوس زیاد است حرارت قابل ملاحظهای تولید میشود. از حرارت فوق الذکر میتوان برای ذوب دو قطعه فلزی و اتصال آنها به یکدیگر استفاده نمود و این اساس جوش‌کاری با قوس الکتریکی میباشد . شکل 2 مدار الکتریکی بکار رفته در فرایند SMAW را نشان میدهد.

مدار الکتریکی در جوش کاری برق