جوشکاری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
جوش قوس

جوشکاری یکی از روش‌های تولید می‌باشد. هدف آن اتصال دائمی مواد مهندسی (فلز، سرامیک، پلیمر، کامپوزیت) به‌یکدیگر است؛ به‌گونه‌ای که خواص اتصال (تا حد نیاز) برابر با خواص مادهٔ پایه باشد.

مطابق تعریف انجمن جوشکاری امریکا، جوشکاری یکی از فرایندهای اتصال دائمی قطعات (فلزی یا غیرفلزی)، به روش ذوبی یا غیر ذوبی، با بکارگیری یا بدون بکارگیری فشار، با استفاده یا بدون استفاده از ماده پرکننده می‌باشد. فرایندهای جوشکاری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: فرایندهای جوشکاری ذوبی و فرایندهای جوشکاری غیر ذوبی


پیشینه [۱][ویرایش]

  • اصول جوشکاری مقاومتی توسط ژول کشف گردید (1856)
  • الیهو تامسون از جوشکاری مقاومتی در سال 1877 استفاده کرد.
  • موسیان فرانسوی در 1881 قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.
  • لوشاتلیه در 1895 لولهٔ اکسی‌استیلن را کشف و معرفی کرد.
  • اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به‌کار گرفت. و اولین جوش قوسی با الکترود بدون پوشش شکل گرفت (1889).
  • در جریان جنگ‌های جهانی اول و دوم، جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به‌اتصالات مدرن، سبک، محکم و مقاوم در سال‌های اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر، سبب توسعهٔ سریع این فن شده‌است.
  • در سال 1991 روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی معرفی گردید

فرایندهای جوشکاری[ویرایش]

فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی[ویرایش]

جریان الکتریکی از جاری‌شدن الکترون‌ها در یک مسیر هادی به‌وجود می‌آید. هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا(گاز)ایجاد شود، جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد. چنان‌چه شکاف هوا به‌اندازهٔ کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه‌شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود. از قوس الکتریکی به‌عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود. حرارت ایجاد شده در جوشکاری به دلیل حرکت الکترون ها در ستون قوس و بمباران الکترونی قطعه کار می باشد.روش‌های جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

جوشکاری با الکترود دستی پوشش‌دار (SMAW)[ویرایش]

استفاده از منبع تغذیه از نوع متناوب یا AC[ویرایش]

در این نوع جوشکاری از یک منبع تغذیه که در اصطلاح جوشکاران به ترانس مشهور است استفاده می شود . ترانس را مستقیماً به برق شهر که از نوع متناوب است وصل می نمایند این دستگاه که درواقع یک مبدل الکتریکی (ترانسفرماتور) کاهنده است، پتانسیل برق را پایین آورده و شدت جریان را زیاد می کند. یکی از دوسر خروجی منبع تغذیه به فلزی که باید جوش شود وصل می شود و سردیگر آن به الکترود جوشکاری متصل می گردد. با نزدیک کردن الکترود به قطعه ای که باید جوشکاری شود و تنظیم فاصله آن یک قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه به وجود می آید که حرارت بسیار زیاد و متمرکزی ایجاد می کند (دمای مرکز قوس از 5000 درجه سانتی گراد فراتر می رود) این حرارت موجب ذوب شدن 3 قطعه فلزی که در مجاورت قوس الکتریکی می باشد می گردد (الکترود و 2 قطعه فولادی که می باید با جوش به همدیگر متصل بشوند) پس از ذوب شدن و دوباره منجمد شدن، اتصال شکل می گیرد.

استفاده از منبع تغذیه از نوع مستقیم یا DC[ویرایش]

در این نوع جوشکاری جوشی با کیفیت بالاتر حاصل می شود که دلیل آن پایداری بالاتر قوس حاصل از جریان مستقیم نسبت به جریان متناوب است. برای تولید این نوع برق معمولاً به 2 طریقه عمل می نمایند طریقه اول آست که برق متناوب شهری را با دستگاهی به نام رکتی فایر (rectifier) یا یکسو کننده به برق متوالی تبدیل می کنند این دستگاه را که جوشکاران به آن دینام می گویند به برق شهر وصل نموده و از آن استفاده می کنند .

راه دیگر برای ایجاد برق متوالی استفاده از دستگاه های تولید برق می باشد این دستگاه ها که در اصطلاح جوشکاران به موتور سیار مشهور می باشد دارای موتوری است که به یک دینام تولید برق متوالی متصل است موتور که قوه محرکه دستگاه است با بنزین یا گازویل کار میکند در این جوش کاری قطب منفی به قطعه ایی که می باید جوشکاری شود وصل میگردد و قطب مثبت را به الکترود جوشکاری وصل می کنند و از نزدیک کردن این دو قطب به همدیگر قوس الکتریکی با 3500 درجه حرارت تولید می شود که این حرارت موجب ذوب شدن و در نتیجه اتصال قطعات به یکدیگر میگردد.برای ایجاد این قوس الکتریکی باید هوای موجود بین الکترود و قطعه ایی که میخواهیم جوش بدهیم هادی بشود تا امکان پریدن الکترون ها از یک قطب به قطب دیگر و در نتیجه ایجاد قوس الکتریکی امکان پذیر بشود برای این کار جوشکار با کشیدن الکترود به روی قطعه فلزی هوای موجود بین دو قطب مثبت و منفی را یونیزه کرده و به فوریت فاصله را تنظیم می نماید تا قوس الکتریکی برقرار شود.با درجه حرارت زیادی که در این قوس ایجاد می شود اگر حوضچه ذوب کاملاً محافظت نشود فوراً به وسیله ی اکسیژن هوا اکسیده شده و محیط جوش فاسد می گردد و همچنین اگر فلز الکترود با دقت تعیین نشود جوشکاری و اتصال انجام نمی‌شود به همین لحاظ انتخاب الکترود از لحاظ جنس و قطر میله و غیره در جوشکاری از اهمیت مخصوصی برخوردار میباشد.

الکترود[ویرایش]

الکترود جوشکاری از 2 قسمت تشکیل شده است :

  1. فلز جوشکاری
  2. پوشش روی فلز
  • فلز جوشکاری

کارخانه های تهیه الکترود فلز جوشکاری را با قطر های مختلف از 2 میلیمتر تا 6 میلیمتر و گاهی نیز بیشتر تهیه می نماید برای جوشکاری قطعاتی که ضخامت آن ها 1 یا 2 میلیمتر می باشد از الکترود های باریک استفاده می نمایند مانند جوشکاری در و پنجره که اغلب از پروفیل هایی ساخته شده از ورقی به ضخامت 5/1 میلیمتر تهیه شده اند و برای جوشکاری قطعات ضخیم تر مانند جوشکاری قطعات تیر آهن و صفحات کلفت و اصولاً برای جوشکاری ساختمان های فلزی از الکترود به قطر های بالا استفاده می نمایند .

آلیاژ فلزی که برای برای جوشکاری انتخاب می شود باید دارای ویژگی های زیر باشد :

  1. باید یرای ساختن الکترود از فلزی استفاده شود که حداقل مقاومت کششی و یا فشاری آن مساوی 2 قطعه فلزی باشد که به همدیگر جوش می دهد .
  2. باید به راحتی ذوب شود .
  3. باید بلافاصله بعد از ذوب شدن جاری شود .
  4. باید از فلزی استفاده شود که باندازه کافی نفوذ پذیر بوده و به راحتی در قطعاتی که می بایند جوش شوند نفوذ نماید .
  5. باید با فلزی که می خواهند جوش بدهند ترکیب شیمایی مضر ندهد .
  6. باید با اجسام خارجی و آلودگی های هوا و همچنین آلودگی های حوضچه جوش ترکیب نشود .
  7. باید زود اکسید نشود .
  8. باید با گازهای اطراف ترکیب شیمیایی نداشته باشد .
  9. جنس آن و آلیاژ آن نباید به قطعاتی که می باید به هم متصل شوند نزدیک باشد .
  • پوشش روی فلز

فلز جوشکاری (الکترود) را با موادی که در اصطلاح جوشکاران به آن گل روی الکترود می گویند می پوشانند . این گل سراسر طول الکترود را که حدود 35 سانتیمتر است می پوشاند به جز 5/1 سانتیمتر بالای آن را که محل اتصال الکترود به انبر جوشکاری می باشد . جنس گل روی الکترود باید دارای ویژگی های زیر باشد :

  1. باید تقریباً هم زمان با فلز الکترود ذوب شود .
  2. باید بلافاصله روی حوضچه جوش پوشانیده و مانع تماس فلز مذاب با هوا بشود و در نتیجه از اکسید شدن مواد مذاب داخل حوضچه جوش جلوگیری کند .
  3. خاصیت اکسید شدن آن طوری باشد که خود فوری اکسید شده و مانع اکسید شدن فلز گردد و این اکسید شدن باید تا زمانی که مواد مذاب داخل حوضچه جوش سخت نشده است ادامه داشته باشد . علت آنکه کل روی الکترود مانع اکسیده شدن حوضچه جوش می گردد آنست که اولاً خود به سرعت اکسید می گردد در ثانی در موقع ذوب شدن از آن گاز هایی متصاعد می شود که این گازها مانع نزدیک شدن هوا و در نتیجه اکسیژن هوا به حوضچه جوش می گردد .
  4. گاز های حاصل شده از گل روی الکترود از لحاظ تنفسی نباید اثرات منفی برای جوشکار داشته باشد .
  5. پوشش روی الکترود باید فوراً روی حوضچه را بپوشاند و مانع سرد شدن سریع آن بشود زیرا در غیر این صورت جوش شکننده خواهد شد .
  6. نباید با مواد مذاب داخل حوضچه جوش ترکیب شود .
  7. باید ناخالصی های مواد خارجی حوضچه جوش را به خود کشیده و به اصطلاح موجب تصفیه مواد مذاب بشود .
  8. باید بعد از جوشکاری و سرد شدن جوش به راحتی از روی باند جوش جدا شود و امکان جوشکاری را روی همین جوش فراهم نماید .[۱]

جوشکاری زیرپودری (SAW)[ویرایش]

جوشکاری با گاز محافظ (GMAW یا MIG/MAG)[ویرایش]

جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی (GTAW یا جوشکاری TIG)[ویرایش]

جوشکاری پلاسما[ویرایش]

فرایندهای جوشکاری مقاومتی[ویرایش]

در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما استفاده می‌شود. گرما به‌دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آن‌ها در فصل مشترک به‌وجود می‌آید. پس از رسیدن قطعه به‌دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیخته دو قطعه به‌کار می‌رود. در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود. گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات به‌دست می‌آید. روش‌های جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

  • جوش نقطه‌ای
  • درز جوشی
  • جوش تکمه‌ای
  • با استفاده از قالب

فرایندهای جوشکاری حالت جامد[ویرایش]

دسته‌ای از فرایندهای جوشکاری هستند که در آن‌ها عمل جوشکاری بدون ذوب‌شدن لبه‌ها انجام می‌شود. در واقع لبه‌های تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند. فرایندهای این گروه عبارت‌اند از:

  • جوشکاری اصطکاکی

در این روش به‌جای استفاده از انرژی الکتریکی برای تولید گرمای مورد نیاز ذوب فلزات از انرژی مکانیکی استفاده می‌گردد. به‌این ترتیب که یکی از دو قطعه که با سرعت درحال دوران است به‌قطعهٔ دوم که ثابت نگه داشته‌شده تماس داده می‌شود. در اثر اصطکاک بین دو قطعه و تولید حرارت، محل تماس دو قطعه ذوب‌شده و لبه‌های تحت فشار با حرارت در همدیگر له می‌شوند.

فرایند جوشکاری با گاز[ویرایش]

جوش گاز.

گروه فرایندهای جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب‌شدن توسط یک یا چند شعلهٔ مانند استیلن ا پروپان، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پرکننده یا بدون آن انجام می‌شود.

فرایند جوشکاری با لیزر[ویرایش]

در این روش از پرتوی لیزر برای جوشکاری استفاده می‌شود. در جوشکاری لیزری دانسیتهٔ انرژی فراهم‌شده، بسیار بیش‌تر از جوشکاری با دیگر فرایندها است.

از لیزرهای مختلفی مانند «زر گاز کربنیکی» یا لیزر یاقوت برای جوشکاری می‌توان استفاده کرد. دقت می شود که انرژی پرتو، آن‌قدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.

فرایند جوشکاری با اشعه الکترونی[ویرایش]

کاربرد جریانی از الکترون‌ها است که با ولتاژ زیاد شتاب داده شده‌اند و به‌صورت باریکه‌ای متمرکز به‌عنوان منبع حرارتی جوشکاری به‌کار می‌روند. به‌دلیل دانسیتهٔ بالای انرژی در این پرتو، منطقه تفدیده بسیار باریک می‌باشد و جوشی با کیفیت مناسب به‌دست می‌آید. این فرایند به‌عنوان اولین فرایند جوشکاری به‌کاررفته برای ساخت بدنهٔ جنگنده‌ها استفاده شد.

کنترل کیفیت و بازرسی[ویرایش]

طبق طبقه‌بندی استانداردهای مدیریت کیفیت (ایزو ۹۰۰۰)جوشکاری جزء فرایندهای ویژه طبقه‌بندی شده‌است که این نشان‌دهندهٔ این است که برای کنترل کیفیت و تضمین کیفیت این فرایند ویژه می‌باید پیش‌بینی‌های خاصی انجام داد. به این منظور پیش از عملیات جوشکاری تمام پارامترها دخیل در فرایند شامل مواد اولیه(آلیاژها)، دستگاه و تنظیمات آن، مواد مصرفی و جوشکار بر طبق استاندارد (ایزو ۳۸۳۴ ) مورد ارزیابی و بررسی و تایید قرار می گیرند

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. مصالح شناسی.سیاوش کباری
  • ALTHOUSE، ANDEREW DANEL MODERN WELDING، ۱۹۷۶
  • METAL HANDBOOK ۸th EDITION VOL.۶ WELDING&BRAZING، ۱۹۸۷
  • مصالح شناسی.سیاوش کباری