انواع جوشکاری و فرایند ان
انواع جوشکاری و فرایند ان
هدف جوشکاری آهن، اتصال دو قطعه فلزی به یکدیگر است. جوشکاری به عنوان یک فرآیند، زمانی که دو قسمت فلزی یا حتی غیر فلزی با حرارت دادن یا ذوب کردن قطعات به یکدیگر متصل شده در نظر گرفته میشود. توجه به پارامترهای جوش در این فرآیند بسیار حیاتی است و در صورت عدم توجه، امکان دارد محصول مناسبی تولید نشود. این فرایند توسط دستگاههای منحصر به فرد و توسط افراد متخصص انجام شده و انواع مختلفی دارد. مقایسه انواع آنها و دانستن روشهای اجرا، تاثیر زیادی در افزایش آگاهی شما درباره انواع فلزات، دستگاههای جوش و فعالیت کارگاههای مختلف خواهد داشت.
انواع جوشکاری ذوبی (FW)
فرآیندی است که در آن برای اتصال دو قطعه از گرما استفاده میشود. در برخی موارد، استفاده از ماده پُر کننده (فیلر جوشکاری) الزامی است و در برخی موارد این نیاز وجود ندارد. در این نوع جوشکاری، عموماً نیازی به اعمال فشار خارجی نیست؛ جوشکاری ذوبی بر اساس منبع انرژی مورد استفاده به چند دسته کلی تقسیم میشود:
.قوسی (Arc Welding)
.اکسیگاز (Oxy-Fuel Welding)
.با پرتو لیزری (Laser Beam Welding)
.با پرتو الکترونی (Electron Beam Welding)
در ادامه به بررسی تمام دستههای کلی و انواع جوشکاری ذوبی خواهیم پرداخت.
1) جوشکاری قوسی (Arc Welding)
در این حالت از قوس الکتریکی برای ایجاد گرما به منظور ذوب و اتصال دو قطعه فلزی استفاده میشود؛ یک منبع تغذیه با جریان مستقیم یا متناوب برای ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود (که ممکن است مصرفشونده یا نشدنی باشد) و قطعه به کار میرود. نوع قوسی همچنین با نامهای “جوشکاری با قوس الکتریکی” یا “Arc” نیز شناخته میشود. این نوع فرایند بیشتر برای جوشکاری لوله استیل مورد استفاده قرار میگیرد؛ در ادامه به انواع مختلف جوشکاری قوسی خواهیم پرداخت.
.قوسی همراه با الکترود دستی روکش دار (SMAW)
در این روش از الکترود روکشدار مصرفشونده استفاده میکنند. زمانی که الکترود ذوب میشود، روکش آن نیز ذوب شده و با گازهایی که تولید میکند، یک ناحیه جوشکاری در برابر اکسیژن و دیگر گازهای موجود در هوا ایجاد میشود. از مزایای این روش میتوان از مقاومت در برابر ضربه و فشار، متناسب با تمامی شرایط آب و هوایی، مقاومت در برابر فرسایش، استفاده از آن برای فولادهای ساختمانی، تجهیزات ساده برای اجرای آن و عدم نیاز به گاز محافظ نام برد. از معایب این روش نیز میتوان به عدم استفاده برای فلزات رنگین، اتصالات نازک، زمان بر و طولانی و نرخ رسوب کمتر اشاره کرد. یکی از مواردی که این نوع جوشکاری در آن استفاده میشود، دو قطعه میلگرد است که بر اساس استانداردهای آیین نامه جوشکاری میلگرد انجام میشود.
.قوسی با الکترود فلزی و گاز محافظ (MIG/MAG یا GMAW)
این روش به عنوان پرکاربردترین فرایند جوشکاری قوسی شناخته شده است؛ با استفاده از یک الکترود سیمی مصرفشونده، یک قوس الکتریکی ایجاد شده و در نهایت قطعات به یکدیگر جوش میخورند. همچنین، از گازهای حفاظتی نیز بهره میبرد. تفاوت اصلی بین دو نوع میگ مگ در ترکیب گازهای حفاظتی مورد استفاده آنهاست؛ از این دو مدل بیشتر برای جوشکاری ورق گالوانیزه استفاده میشود. از مزایای این روش میتوان به تغذیه مستمر سیم جوش، عدم نیاز به الکترود، مشاهده، حوضچه مذاب و قوس الکتریکی، حذف سرباره یا کم شدن آن، اتصال فلزات مغناطیسی و غیر مغناطیسی و سرعت بالا در فرایند اشاره کرد.
.قوسی با الکترود تنگستنی و گاز محافظ (GTAW یا TIG)
در فرایند اجرای این روش، قوس الکتریکی از یک الکترود تنگستنی غیرمصرفشونده به سمت قطعه کاری تشکیل میشود. علاوه بر این، از گازهای حفاظتی مانند آرگون یا هلیوم برای محافظت از جوش در برابر گازهای هوای آزاد استفاده میکند و از میله پرکننده برای تقویت فلز بهره میبرد. در این نوع جوشکاری، فرآیند اتصال به طور آرام انجام میشود و میتواند دقت بالایی را فراهم کند که کاربردهای زیادی از آن در صنایع هوا و فضا و جوشکاری پروفیل وجود دارد.
.قوس پلاسما (PAW)
بیشترین شباهت را به روش تنگستنی دارد و تولیدی با کیفیت بسیار بالا دارد. جالب است بدانید که از این روش عمدتاً در صنایع ابزارسازی و لولهسازی استفاده میشود. PAW مانند تنگستنی، از یک الکترود تنگستنی غیرمصرفشونده همراه با گازهای حفاظتی و میله پرکننده بهره میبرد؛ با این تفاوت که الکترود فاصله بیشتری با قطعه کار دارد و قوس الکتریکی عمدتاً بین الکترود و نازل خروجی ایجاد میشود.
.قوسی زیر پودری (SAW)
در این نوع جوشکاری، قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه کار در شرایطی برقرار میشود که نوک الکترود درون تودهای از مواد پودری قرار گیرد. در این حالت، پودر ذوب شده، خواص رسانایی پیدا کرده و جریان قوس الکتریکی از درون آن عبور کرده و به قطعه کار میرسد. در جوشکاری زیر پودری، از مذاب پودرهای دانهریز به عنوان مواد پرکننده و همچنین به منظور پوشش محل اتصال برای جلوگیری از پراکندگی مواد یا جرقه به اطراف استفاده میشود.
.قوسی توپودری (FCAW)
این نوع جوشکاری به عنوان یک جایگزین برای نوع قوسی زیر پودری در نظر گرفته میشود. در این حالت، الکترود دارای یک پوشش است که کار پودر را انجام میدهد.
.اتمی هیدروژن (AHW)
در این روش از دو الکترود غیر همسان فلزی استفاده میشود؛ این الکترودها در فضایی سرشار از هیدروژن ذوب شده و قطعات را به یکدیگر متصل میکنند.
.قوسی کربنی (CAW)
قدیمیترین نوع جوشکاری قوسی است که از یک الکترود کربنی (گرافیتی) مصرفنشدنی به همراه میله پرکننده برای ایجاد قوس الکتریکی استفاده میشود. با توجه به کیفیت پایین آن، امروزه کاربردی ندارد؛ به جای آن، دو کربنی (TCAW) به عنوان جایگزین مورد استفاده قرار میگیرد.
2) جوشکاری اکسیگاز (Oxy-Fuel Welding)
گازی یا اکسیگاز، پرکاربردترین نوع جوشکاری به حساب میآید. در این فرآیند، از یک مشعل دستی که از احتراق اکسیژن و استیلن یک شعله آتش ایجاد میکند، به همراه میله پرکننده برای انجام آن استفاده میشود. در برخی موارد، این فرآیند را اکسیاستیلن نیز مینامند؛ در ادامه به انواع مختلف آن خواهیم پرداخت.
با گاز پروپان:
در این نوع جوشکاری، که در صنعت به جوش اکسیژن معروف است، پروپان به همراه گاز اکسیژن سوخته و محل اتصال را گرم میکنند.
با گاز و فشار:
در این نوع جوشکاری، ابتدا از شعله برای گرم کردن و سپس از فشار برای اتصال استفاده میشود. این مورد در حال حاضر منسوخ شده و دیگر از آن استفاده نمیکنند.
هوا استیلن:
در این نوع جوشکاری، از مواد شیمیایی به منظور بهبود دهنده فرآیند استفاده میشود. جوشکاری هوا استیلن دارای نقاط ضعف بسیاری است؛ به همین دلیل کاربرد زیادی ندارد.
با اکسیژن استیلن:
در این نوع از فرآیند جوشکاری، با ترکیب اکسیژن و استیلن قطعات را تا دمای بسیار بالا گرم میکنند و این دمای زیاد باعث بوجود آمدن جوش بسیار دقیق خواهد شد. یکی از مزیتهای آن، ارزان بودن مواد مورد استفاده است.
اکسیژن هیدروژن:
همانطور که از اسم آن پیداست، در این نوع از جوشکاری، از ترکیب هیدروژن و اکسیژن به منظور ایجاد جوش استفاده میشود.
3) جوشکاری با پرتو لیزری (Laser Beam Welding)
در جوشکاری با استفاده از لیزر، یک پرتو لیزر برای ایجاد منبع گرمای متمرکز برای جوش دادن قطعات به کار میرود. این روش بیشتر در مواردی اعمال میشود که نیاز به تولید حجم و مقیاس بالای کار دارد. دقت بسیار بالایی در این نوع جوشکاری وجود دارد و برای اتصال فلزات و پلیمرها مناسب است.
4) جوشکاری با پرتو الکترونی (Electron Beam Welding)
در فرایند جوشکاری با استفاده از پرتو الکترونی، اتصال فلزات در شرایط خلاء انجام میشود، که در آن یک پرتو شامل الکترونهای پر سرعت برای ایجاد حرارت و اتصال قطعات مورد استفاده قرار میگیرد. به دلیل انرژی و تمرکز بالای پرتو الکترونی، جوشهای انجام شده از این روش اغلب باریک و عمیق هستند.
انواع جوشکاری حالت جامد
این مورد به تمام انواع روشهای جوشکاری اطلاق میشود که کاملاً در حالت جامد صورت گرفته و از هیچ گونه مادهی ذوب نشده و پُر کننده استفاده نمیشود. جوشکاری غیر ذوبی به این صورت بوده که در اثر اعمال فشار، مولکولهای سطح دو قطعه از نواحی پرتراکمتر به نواحی کمتراکمتر جریان پیدا میکنند. در برخی موارد، برای شتاب دادن به پروسه نفوذ مواد، از حرارت دادن به سطوح تماس استفاده میشود. در جوش حالت جامد، خواص مکانیکی و فیزیکی مواد ثابت میمانند و به همین دلیل در بسیاری از صنایع، به ویژه برای موادی که به حرارت حساس هستند، کاربرد دارد؛ دستههای کلی جوشکاری غیر ذوبی عبارتند از:
.مقاومتی (RW)
.اصطکاکی (FW)
.انفجاری (EW)
.فراصوتی (UW)
در ادامه به بررسی تمام دستههای کلی و انواع جوشکاری غیر ذوبی خواهیم پرداخت:
1) جوشکاری مقاومتی (RW)
در این فرایند، از فشار برای اتصال قطعات استفاده میشود. میله پرکننده در این نوع جوش کاربردی ندارد؛ اما از دو الکترود مصرف نشدنی برای عبور جریان الکتریکی و ایجاد حرارت در سطح تماس قطعات استفاده میشود. علاوه بر این، این دو الکترود وظیفه اعمال فشار روی قطعه کار را نیز بر عهده دارند.
2) جوشکاری اصطکاکی (FW)
در این نوع جوشکاری، حرارت حاصل از اصطکاک دو قطعه به منظور جوش و اتصال آنها استفاده میشود؛ نوع FW دارای دو روش پرکاربرد زیر است:
.اغتشاشی (FSW)
.دورانی یا چرخشی (FRW)، در جوشکاری اصطکاکی چرخشی یا دورانی، یکی از قطعات ثابت است در حالی که دیگری با سرعت ثابت دوران میکند و در تماس با قطعه ثابت قرار میگیرد. سپس یک نیروی محوری به آنها وارد شده و نهایتاً حرارت حاصل از اصطکاک مکانیکی باعث اتصال دو قطعه خواهد شد.
3) جوشکاری انفجاری (EW)
در این فرایند نیروی حاصل از انفجار باعث متصل شدن قطعات میشود. در فرآیند EW، ابتدا دو قطعه با مقداری فاصله کنار هم قرار میگیرند، سپس ماده منفجره روی یکی از قطعات قرار گرفته و انفجار ایجاد میشود؛ نیروی بالای حاصل از انفجار، آنها را به هم متصل میکند.
4) جوشکاری فراصوتی (UW)
جوشکاری التراسونیک، روشی است که از ارتعاشات مکانیکی برای ایجاد اتصال بین قطعات استفاده میکند. در این روش، پس از قرار دادن قطعات بر روی هم، از بالا با استفاده از یک دستگاه به نام سونوترود، نیروی ارتعاشی با فرکانسی در محدوده فراصوت (معمولاً بیش از ۲۰ کیلوهرتز) اعمال میشود. این فشار اعمال شده باعث افزایش دمای خط تماس قطعات شده که اتصال آنها را ایجاد میکند.
جمعبندی
همانطور که گفته شد، هدف جوشکاری آهن، اتصال دو قطعه فلزی به یکدیگر است. فرایند جوشکاری شامل دو نوع اصلی ذوبی و غیر ذوبی بوده که هر کدام انواع خود را دارند. اکثر انواع آنها امروزه در صنایع مختلف بر اساس شرایط مورد استفاده قرار میگیرند.