تکنولوژی جوشکاری

به نام خدا

تکنولوژی جوشکاری

مقدمه:

اگر با کمی تامل به اطراف خود بنگریم خواهیم دید که اغلب وسائل پیرامون زندگی و محل کارمان به گونه ای به هم متصل شده اند،برخی به وسیله میخ،پرچ،پین،خار و…تحت عنوان اتصالات مکانیکی،بعضی توسط انواع چسب های معدنی و آلی با عنوان اتصالات شیمیایی و برخی دیگر نیز به وسیله انواع فرآیند های جوشکاری،لحیم کاری و… تحت عنوان اتصلات متالوژیکی.

تاریخچه جوشکاری:

چون احتیاجات بشر ، اتصال و جوش در همه موارد را خواستار بوده است، لذا مثلاً از رومی‌های قدیم ، فردی به نام “پلینی” از لحیم به نام آرژانتاریم وترناریماستفاده می‌کرد که دارای مقداری مساوی قلع و سرب بود و ترنایم دارای دو قسمت سرب و یک قسمت قلع بود که هنوز هم با پرکنندگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دقت و ترکیبات شیمیایی و دستگاههای متداول طلاسازی از قدیم‌الایام در جواهرات با چسباندن ذرات ریز طلا بر روی سطح آن با استفاده از مخلوط نمک و مس و صمغ آلی که با حرارت ، صمغ را کربونیزه نموده ، نمک مس را به مس احیاء می‌کنند و با درست کردن آلیاژ طلا ، ذرات ریز طلا را جوش می‌دهند و تاریخچه ای به شرح زیر دارند:

  • “برناندوز” روسی در ۱۸۸۶ ، قوس جوشکاری را مورد استفاده قرار داد.
  • “موسیان” در ۱۸۸۱ قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.
  • “اسلاویانوف” الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری بکار گرفت.
  • “ژول” در ۱۸۵۶ به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد.
  • “لوشاتلیه در ۱۸۹۵ لوله اکسی‌استیلن را کشف و معرفی کرد.
  • “الیهو تامسون” آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال ۷-۱۸۷۶ استفاده کرد.

تعریف:

جوشکاری به انگلیسی (Welding)یکی از روش‌های تولید می‌باشد. هدف آن اتصال دائمی مواد مهندسی فلز، سرامیک، پلیمر، کامپوزیت به‌یکدیگر است؛ به‌گونه‌ای که خواص اتصال برابر با خواص ماده پایه باشد.

جوشکاری (Welding) فرآیندی صنعتی است که در آن دو ماده (فلزی یا غیر فلزی) را به یکدیگر به روش ذوبی، غیر ذوبی، با فشار یا بدون فشار به وسیله ی ماده ی واسط (پر کننده) یا بدون ماده ی واسط جوش می دهند تا یک اتصال ایجاد شود. در واقع در فرآیند جوشکاری دو  یا چند قطعه  به هم متصل می شوند و یک عضو پیوسته را تشکیل می دهند.

جوشکاری بر روی طیف وسیعی از فلزات از جمله فولاد، مس، آلومینیوم، برنج و بسیاری دیگر از آلیاژها انجام می شود. مهندسین و جوشکاران با روش های مختلف جوشکاری و با استفاده از طیف گسترده مواد می توانند اتصال ها را با ضخامت، اندازه و شکل مورد نظر اجرا کنند.

جوش ها همانند بست های مکانیکی عمل می کنند و در اتصالات سازه ها جهت انتقال نیرو و انتقال تنش ها از یک عضو سازه به عضو های دیگر استفاده  می شوند.

برای ایجاد یک اتصال قوی اغلب از روش ذوب قطعه با مواد واسط (پر کننده) استفاده می شود که به شکل یک حوضچه از مواد مذاب (حوضچه مذاب) می باشد، که پس از انجماد اتصال ایجاد می شود.

انواع جوشکاری:

فرآیند جوشکاری به دو دسته کلی زیر تقسیم  می شود:

۱-حالت جامد

۲-حالت مذاب

۱-جوشکاری حالت جامد:

در این سری از فرآیند های جوشکاری، هیچ لزومی ندارد که قطعه ذوب شود بلکه فقط می بایست پیوند متالورژیکی بین اجزاء برقرار شود. در حین اتصال درجه حرارت از نقطه ذوب فلزات تجاوز نکرده و هیچگونه آلیاژ پرکن ذوب شونده ( نظیر فرآیند های لحیم گرم و سرد ) بکار گرفته نمی شود. البته این بدان معنا نیست که در حین این فرآیندها هیچ گونه مذابی تشکیل نمی شود، بلکه فاز مذاب مثل یک روانکار عمل می کند. در این فرآیندها برای دستیابی به اتصال با کیفیت بالا بین فلزات اعم از همجنس و غیر همجنس، یا از تغییر فرم و یا از نفوذ و تغییر فرم کمک گرفته می شود.

شاید مقاله علم متالوژی چیست؟ به کارتان آید.

مزیت جوشکاری حالت جامد:

  1. هنگامی که حین جوشکاری فلز ذوب می شود، به دلیل انجماد سریع، ساختارهای غیر تعادلی پس از اتصال بوجود می آید. در واقع به دلیل تنش های باقیمانده، ساختار به ترک خوردن حساس می شود. لذا برای اصلاح ساختار بایدعملیات حرارتیروی قطعات صورت بگیرد. در جوشکاری حالت جامد، ساختار غیر تعادلی تشکیل نمی شود.
  2. وقتی فلز ذوب می شود، میزان انحلال گاز در آن بسیار بالاست. در فرآیندهای ذوبی،سطحمذاب با محیط اطراف کاملاً مواجه شده و امکان جذب گاز وجود دارد. این گازها، میزان حلالیت در جامد را حین انجماد پایین آورده و مذاب یک حالت فوق اشباع پیدا می کند. خروج این گازهای حل شده از بالک جامد قطعه بسیار مشکل و تقریباً غیر ممکن است. گاز هیدروژن بدترین حالت را ایجاد می کند. زیرا به صورت یک ذره پروتون که تحرک آن بسیار بالاست، در مذاب حل می شود. هیدروژن باعث ایجاد ترک سرد یا ترک تأخیری می گردد. در جوشکاری حالت جامد به دلیل عدم وجود مذاب این مشکل نیز دیده نمی شود.
  3. در حین جوشکاری انبساط های غیر یکنواخت و در هنگام انجماد انقباض های غیر یکنواخت ایجاد می شود که همراه با ایجادتنش های کششیمی باشد که مستعد ایجاد ترک هستند. لذا در جوشکاری حالت جامد، نوع تنش های باقیمانده در فصل مشترک، تنش های فشاری می باشد که امکان گسترش ترک را از بین می برد.

انواع فرآیند های جوشکاری حالت جامد:

  1. جوشکاری اصطکاکی
  2. جوشکاری نوردی
  3. جوشکاری فشاری
  4. جوشکاری انفجاری
  5. جوشکاری ضربه ای
  6. جوشکاری با فرکانس بالا
  7. جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی
  8. جوشکاری مینیاتوری (التراسونیک)
  9. جوشکاری دیفیوژیونی (نفوذی)

۲-جوشکاری حالت مذاب:

اتصال بین دو قطعه فلزی با ذوب کردن لبه ها یا سطح اتصال با یا بدون افزودن فلز پرکننده با یا بدون اعمال فشار را جوشکاری ذوبی می نامند. این نوع فرآیند برای پلاستیک ها و سرامیک ها نیز کاربرد دارد و تحت عنوان جوشکاری امتزاجی شناخته می شود.

کیفیت محصول در این فرآیندها تابع نحوه اجرا می باشد. سه ویژگی خاص در این نوع جوشکاری وجود دارد:

۱-شدت منبع حرارتی

۲-نرخ ورود حرارت به قطعه

۳-نحوه پوشش دادن ناحیه جوش

  1. شدت منبع حرارتی:

لازمه ذوب کردن قطعه مورد نظر، داشتن یک منبع حرارتی با تمرکز حرارتی است. در جوشکاری، میانگین توان ساطع شده از واحد سطح منبع حرارتی می بایست مد نظر قرار بگیرد.

  1. میزان یا نرخ ورود حرارت به قطعه:

میزان انرژی ورودی به قطعه در واحد طول معرف نرخ ورود حرارت است. هر چقدر میزان انرژی بیشتر باشد، دما بالا نمی رود بلکه حجم مذاب تشکیل شده افزایش می یابد. زیرا دما تا نقطه تبخیر فلز بالا رفته و سپس ثابت می شود. پس از آن هدایت حرارتی در قطعه موجب افزایش حجم مذاب می گردد. این افزایش حجم مذاب منجر به افزایش زمان لازم برای انجماد شده و باعث می گردد در سطوح  مذاب جذب گازهای اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن اتفاق بیفتد. این گازها در قطعه، هم می توانند برخی اکسیدهای ترد ایجاد کرده و یا اینکه به صورت فوق اشباع و حباب گازی تبدیل می شوند. لذا توجه به حرارت ورودی به قطعه و جلوگیری از ایجاد این اشکالات منجر به ارتقای کیفیت جوش می گردد.

  1. نحوه پوشش دادن ناحیه جوش:

در بسیاری از روش های جوشکاری ذوبی، درجه حرارت مذاب بسیار بالا بوده، لذا واکنش پذیری مذاب موجود در حوضچه جوش زیاد است. گازی که در اطراف حوضچه وجود دارد در مذاب حل شده وعیوبی را در منطق جوش ایجاد می کند. لذا لازم است این مناطق به طریقی پوشش داده شوند.

انواع پوشش های مورد استفاده در جوشکاری ذوبی به چهار دسته تقسیم می شوند:

۱-فلاکس

۲-گاز + فلاکس

۳-گاز

۴-پوشش فیزیکی

انواع فرآیند های جوشکاری حالت مذاب:

فرآیندهای جوشکاری ذوبی بر مبنای منبع تولید حرارت به چهار دسته تقسیم می شوند.

۱-شیمیایی

۲-مقاومتی

۳-قوس

۴-پرتو های پر انرژی

  1. منبع حرارتی شیمیایی:

در این روش، یک واکنش شیمیایی موجب تولید حرارت شده (واکنش های گرمازا) و به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

۱٫۱٫ جوشکاری گازی (Oxy Fuel Welding)

۲٫۱٫ جوشکاری ترمیت (Thermite Welding)

  1. منبع حرارتی مقاومتی:

در این روش یک عامل در برابر عبور جریان الکتریکی، مقاومت نشان داده و در اثر آن، حرارت تولید می شود. این جوشکاری نیزی به دسته زیر تقسیم می شود:

۱٫۲٫ جوشکاری الکترو اسلگ (جوشکاری با سرباره هادی) (ESW)

۲٫۲٫ جوشکاری مقاومتی

  1. منبع حرارتی قوس:

در این روش، قوس الکتریکی که همان تخلیه الکترونی بین قطب کاتد و آند است، منبع تولید حرارت می باشد.

۱٫۳٫ جوشکاری با الکترود پوشش دار (SMAW)

۲٫۳٫ جوشکاری تحت پوشش گازهای محافظ با الکترود تنگستن (GTAW)

۳٫۳٫ جوشکاری تحت پوشش گازهای محافظ با الکترود مصرفی (GMAW)

۴٫۳٫ جوشکاری با قوس پلاسما (PAW)

۵٫۳٫ جوشکاری قوس با  الکترود توپودری (FCAW)

۶٫۳٫ جوشکاری زیر پودری (SAW)

۷٫۳٫ جوشکاری زائده ای (SW)

۸٫۳٫ جوشکاری الکترو گس (EGW)

  1. منبع حرارتی پرتوهای پر انرژی:

در اثر تاباندن این پرتوها بر سطوحی که قرار است بهم جوش شوند، فرآیند ذوب اتفاق می افتد. این نوع جوشکاری شامل طبقه بندی زیر می باشد:

۱٫۴٫ جوشکاری با پرتو الکترون (EBW)

۲٫۴٫ جوشکاری با لیزر (LBW)

مشکلات و گرفتاریهای صنعت جوشکاری:

جوشکاری در حقیقت ایجاد کارخانه ذوب آهن و فلزات در مساحتی حداکثر ۲×۲ متر و نقطه حساس جوشکاری چند سانتیمتر است، زیرا همان درجه حرارت کارخانه ذوب آهن در محل جوشکاری در یک نقطه ایجاد می‌گردد. مسلم است که چنین کار عظیمی احتیاج به ابتکار و تخصص و مواد و متخصص و وسائل مدرن دارد تا بتوان از این ذوب آهن چند سانتیمتری استفاده صحیح نمود.

شاید اضافه گوئی نباشد که در هیچیک از رشته‌های فنی تا این اندازه احتیاج به سرمایه‌گذاری و رعایت جوانب فنی و غیر فنی ضروری و لازم نباشد.

عوارض و سوانح ناشی از عوامل فیزیکی مربوط به جوشکاری:

در موقع جوشکاری ، از عوامل فیزیکی مورد تاثیر یا حاصل از عمل جوشکاری ممکن است خطراتی متوجه جوشکار شود که در:

  • دسته اول: برق گرفتگی
  • دسته دوم: سوختگی
  • دسته سوم: ورود اجسام خارجی به داخل چشم

را می‌توان نام برد.

مسائل مهم جوشکاری

۱-تربیت متخصص و کاردان و کارشناس:

جوشکاری ، یکی از رشته‌های پرهزینه در صنعت و آموزش ابتدائی و عالی است. انتخاب افراد و جوانان در هر سن و مدارج تحصیلی و کارخانه‌ای ، با داشتن قدرت تحمل کار با آتش ، قدرت تحمل خطرات و آموزش تخصصی به این جوانان بسیار مشکل است. زیرا سرمایه‌های عظیم آموزشی احتیاج دارد تا یک متخصص به تمام معنی یا یک مهندس جوشکار واقعی تربیت شود.

۲-تهیه ماشین‌آلات مخصوص:

تهیه ماشین‌آلات مدرن و مفصل جوشکاری احتیاج به بودجه‌های عظیم دارد تا بتوان از انواع ماشین‌آلات مدرن بهره‌گیری نمود، مخصوصاً در آموزش که باید همه جانبه باشد. بعضی اوقات تمام وسایل کارخانجات شهر و مراکز آموزشی ، کافی برای ارائه کل تخصص نمی‌باشن. و اشکال‌تراشی و نبودن بودجه و خرید و کمک به ساخت نیز گرفتاری دیگری است.

۳-رعایت نکات ایمنی:

رعایت نکات ایمنی و تخصصی ایمنی ، خود یکی دیگر از مشکلات عظیم جوشکاری است، بطوری‌که فرضاً انفجار یک کپسول مانند یک بمب می‌تواند جان صدها نفر را به خطر اندازد، در حالیکه مثلاً در کارگاه تراش و ریخته گری ،خطرها تا این حد بالا نیستند و کوچکترین بوی گاز ناشی از عدم اتصالات صحیح و اصولی ، ممکن است جان عده ای را به خطر اندازد. همان طوریکه تربیت متخصص ، احتیاج به بودجه‌های عظیم آموزشی برای خرید وسائل و کتب بطور همزمان دارد، هزینه های دیگر جوشکاری جهت جلوگیری از هر نوع انفجار و احتراق در کارگاهها و صدمه به بدن و چشم جوشکار و افراد حاضر در کارگاه می‌باشد.

بدین جهت جوشکاری را رشته ای پر خرج نام نهاده‌اند. مسلم است که این مخارج عظیم در استفاده از اتصالات جوش حذف خواهند شد. یعنی اینکه اتصالات پر خرج و مفصل پیچ و پرچ وقتی با جوشکاری جایگزین شوند، مخارج عظیم تشکیلات را در مدت کوتاهی تامین خواهند کرد.

 

 

مطالعه مقالات زیر خالی از لطف نمی باشد:

علم متالوژی چیست؟

فرآیند های جوشکاری

همه چیز درباره فلزات

همچنین پیشنهاد میکنیم موارد زیر را از دست ندهید:

ایبوک طراحی اتصالات جوشی و استاندارد ها

جزوه شناخت دستگاه های جوشکاری و چگونگی تنظیم آن ها

 

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *