جوشکاری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
انجام جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) بر روی یک لوله، که در ایران به «جوش CO2» شهرت دارد. از این روش همچنین با عنوان‌های جوش MIG (در صورت استفاده از گاز خنثی مانند گاز آرگون) یا جوش MAG (در صورت استفاده از گاز فعال مانند CO2 یا ترکیبی از CO2 با O2 یا Ar)[۱] نیز یاد می‌شود.

جوشکاری (به انگلیسی: Welding) یکی از روش‌های ساخت می‌باشد که هدف آن اتصال دائمی مواد مهندسی از قبیل فلز، سرامیک، پلیمر و کامپوزیت به‌یکدیگر است؛ و این کار معمولاً از طریق ایجاد حرارت بالا و ذوب ماده و سپس سرد کردن برای ایجاد جوش انجام می‌شود. جوشکاری با فرآیندهای لحیم‌کاری (Soldering) و لحیم‌کاری سخت (Brazing) که در آنها فلز پایه ذوب نمی‌شود، تفاوت دارد.

در جوشکاری علاوه بر ذوب فلز پایه، معمولاً از یک ماده به عنوان پرکننده نقطه اتصال (Filler) استفاده می‌شود تا حوضچه ای از مواد مذاب ایجاد گردد که پس از خنک شدن و ایجاد اتصال می‌تواند از فلز یا ماده پایه نیز قوی تر باشد. همچنین ممکن است از فشار در کنارگرما یا به تنهایی برای تولید جوش استفاده گردد. ضمناً در جوشکاری به نوعی محافظ برای حفاظت از فلزات پرکننده یا فلزات ذوب شده در برابر اکسید شدن یا آلودگی نیاز است.

برای ایجاد حرارت مورد نیاز جوشکاری از منابع انرژی متعددی می‌توان استفاده کرد، از قبیل: شعله گاز، قوس الکتریکی، لیزر، پرتوی الکترون، اصطکاک، امواج مافوق صوت. همچنین جوشکاری در محیط‌های صنعتی مختلفی قابل اجراست از قبیل: هوای آزاد، جوشکاری زیر آب، خارج از اتمسفر زمین. جوشکاری یک کار خطرناک است و برای جلوگیری از سوختگی، شوک الکتریکی، آسیب چشمی و دید، استنشاق گازهای سمی و دود و قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش شدید، نیاز به احتیاط می‌باشد.

پیشینه[ویرایش]

جوشکاری هواگاز در سال ۱۹۱۸، آمریکا

تا اواخر قرن نوزدهم، تنها فرایند جوشکاری موجود، جوشکاری توسط آهنگری بود که آهنگرها بیش از هزار سال از آن استفاده می‌کردند. جوشکاری قوس الکتریکی (جوش برق) و جوشکاری اکسی-استیلن (جوش گاز) از اولین فرآیندهای توسعه جوشکاری در اواخر قرن گذشته بودند. پس از آن به زودی فرایندهای جدیدی از قبیل جوش مقاومت الکتریکی ابداع شدند. در خلال سال‌هایی که جنگ‌های جهانی رخ داد، به دلیل نیاز شدید به روش‌های سریع و مطمئن ایجاد اتصال، فرایندهای جوشکاری با سرعت بسیار زیادی رشد کردند. پس از جنگ جهانی روش‌های مختلفی از قبیل روش‌های دستی جوشکاری مانند جوشکاری با الکترود دستی پوشش‌دار (جوش برق)، که امروزه یکی از متداول‌ترین روش‌های جوشکاری محسوب می‌شود، و روش‌های نیمه و تمام اتوماتیک از قبیل جوشکاری قوسی با گاز محافظ (جوش آرگون یا CO2)، جوشکاری زیرپودری، جوش قوسی Flux-cored و جوش سربار الکتریکی ابداع شدند.[۲] امروزه دانش همچنان در حال توسعه بوده و ربات‌های جوشکاری یکی از اجزای اصلی بسیاری از کارخانجات محسوب می‌شوند.

  • موسیان در ۱۸۸۱ قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.
  • اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به‌کار گرفت.
  • ژول در ۱۸۵۶ به‌فکر جوشکاری مقاومتی افتاد.
  • لوشاتلیه در ۱۸۹۵ لولهٔ اکسی‌استیلن را کشف و معرفی کرد.
  • الیهو تامسون از جوشکاری مقاومتی در سال ۱۸۷۶ استفاده کرد.

فرایندهای جوشکاری[ویرایش]


Welding class.png

فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی[ویرایش]

شماتیک یک حوضچه جوش در جوشکاری برق - ۱- پوشش ۲- الکترود ۳- گاز محافظ ۴- جوش ۵- فلز پایه ۶- فلز جوش داده شده ۷- انجماد گِل جوش

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 الکترون‌ها در ستون قوس و بمباران الکترونی قطعه کار می‌باشد. روش‌های جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

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:

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.

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

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

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.

هندسه[ویرایش]

روش‌های متداول آماده‌سازی اتصال‌های جوشی: (۱) جوش لب به لب صاف، (۲) جوش لب به لب V-شکل (۳) اتصال روی هم (۴) اتصال T-شکل

اتصال‌های جوشی را از لحاظ هندسی می‌توان به شکل‌های گوناگونی آماده کرد. ۵ گونه اصلی اتصال‌های جوشی از لحاظ هندسی عبارتند از:

  • جوش لب به لب (butt joint)
  • جوش روی هم (lap joint)
  • جوش گوشه ای (corner joint)
  • جوش لبه ای (edge joint)
  • جوش T شکل (T-joint)

روش‌های دیگری برای آماده‌سازی لبه قطعات قبل از جوشکاری وجود دارد. از قبیل: V شکل، U شکل، J شکل.[۳]

در بعضی روش‌های جوشکاری لازم است که اتصال‌ها حتماً به شکل خاصی آماده شوند. برای مثال در جوشکاری درزی یا نقطه جوش زنی یا جوشکاری پرتو الکترونی باید حتماً دو قطعه روی هم قرار داده شده و جوشکاری شوند یا در اصطلاح جوشکاری روی هم (Lap joint) شوند. بعضی روش‌های دیگر مانند جوشکاری قوسی با فلز محافظ دار (جوش برق) بسیار منعطف بوده و تقریباً با این روش می‌توان هر نوع اتصالی را جوشکاری کرد. در برخی فرایندهای جوشکاری برای پر کردن شیار چند مرحله مختلف جوشکاری می‌شوند که به هر مرحله اصطلاحا «پاس» می‌گویند. در این حالت پس از هر پاس جوشکاری اجازه می‌دهند که قطعه خنک شده و سپس یک مرحله یا پاس دیر آن را جوشکاری می‌کنند.[۴]

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 تأیید قرار می‌گیرند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. «What is Gas Metal Arc Welding? (MIG Welding / MAG Welding)». twi-global.com (به انگلیسی). دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۰۲-۱۷.
  2. "Welding". Wikipedia. 2020-02-14.
  3. Hicks, John (1999). Welded Joint Design. New York: Industrial Press. pp. 52–55. ISBN 0-8311-3130-6.
  4. Cary & Helzer 2005, pp. 19, 103, 206
  • ALTHOUSE, ANDEREW DANEL MODERN WELDING، ۱۹۷۶
  • METAL HANDBOOK 8th EDITION VOL.6 WELDING&BRAZING، ۱۹۸۷
  • مصالح‌شناسی. سیاوش کباری