همانطور که می دانید طیف وسیعی از روش های جوشکاری با کاربردهای مختلف وجود دارد اما آیا تجهیزات جوشکاری برای تمامی این روش ها یکسان است؟ تجهیزات ایمنی جوشکاری شامل چه مواردی است؟ تجهیزات جوشکاری smaw چیست؟ آیا تجهیزات مورد نیاز کارگاه جوشکاری ارتباطی با اصول بازرسی جوش دارد؟
در این مقاله جامع، قصد داریم با تجهیزات و لوازم جوشکاری با کمک 19 ویدئو آشنا شویم. پیشنهاد می کنم حتما ویدئو های این مقاله را مشاهده کنید تا کاملا با تجهیزات جوشکاری آشنا شوید.
با مطالعه این مقاله جامع چه می آموزیم؟
- تجهیزات جوشکاری در انواع فرایند های جوش
- بررسی انواع الکترود و سیم جوش
- مفهوم علامت درج شده بر الکترودها بر اساس استاندارد AWS
- وضعیتهای مختلف در جوشکاری
- انواع الکترود مورد استفاده در فرایندهای جوشکاری
- انواع پوشش الکترود بر اساس معیارهای بین المللی
- انواع الکترود مخصوص فرایندهای جوشکاری با محافظت گاز (GTAW or TIG)
- معیارهای طبقه بندی انواع الکترود
- تفاوت الکترودهای جوشکاری از نظر روش تولید
- روش شناسایی الکترودهای روپوشدار
- پرکاربردترین الکترودهای روکشدار
- منظور از سیم جوش چیست؟
- انواع تجهیزات جوشکاری
- تجهیزات جوشکاری با الکترود دستی روپوشدار (SMAW)
- تجهیزات جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستن(GTAW/TIG)
- تجهیزات جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستن(GTAW/ MIG)
- تجهیزات جوشکاری زیر پودری (SAW)
- تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری پلاسما (PAW)
- تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری کربن (Carbon Arc Welding/CAW)
- تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری با گاز (Oxy-Fuel Welding/OFW)
- تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری گلمیخ (Stud Welding)
- تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری مقاومتی نقطهای (Resistance Spot Welding/RSW)
- تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری احتراقی (Cad Welding)
- سایر تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری
1. تجهیزات جوشکاری در انواع فرایند های جوش
صرف نظر از تفاوت های موجود بین فرایندهای متنوع جوشکاری، برخی از تجهیزات برای اجرای همه ی انواع جوشکاری ضروری است. به طور کلی تجهیزات جوشکاری عبارتنداز:
- دستگاه مولد یا مبدل جریان الکتریکی (منبع تغذیه)
- الکترود یا سیم جوش
- پودر مخصوص جوشکاری
- تجهیزات جانبی تخصصی هر روش جوشکاری
- تجهیزات ایمنی و حفاظت فردی
1. 1 تجهیزات جوشکاری برای تأمین انرژی الکتریکی
یکی از مفاهیم بسیار مهم در رابطه با تأمین انرژی الکتریکی فرآیند جوشکاری، مفهوم جریان الکتریکی است. جریان الکتریسیته با ولتاژ بسیار بالا (ده ها هزار ولت) توسط ژنراتورهای عظیم در نیروگاه ها تولید و توسط دکل های بزرگ انتقال برق به شهرها و یا واحدهای صنعتی منتقل می شود. در این مسیر طولانی با انجام عملیاتی، ولتاژ را کاهش می دهند و جریان الکتریکی مورد نیاز را از طریق شبکه های توزیع به واحدهای مصرف کننده می رسانند.
جریان الکتریکی مصرفی به دو دسته طبقه بندی می شود:
- برق شهری (تکفاز یا 220 ولت)
- برق صنعتی (سه فاز یا 380 ولت)
1. 1. 1 جریان مستقیم و جریان متناوب
جریان الکتریکی به دو حالت قابل استفاده است:
- جریان مستقیم (Direct Current/DC) که توسط توماس ادیسون کشف شد.
- جریان متناوب (Alternative Current/AC) که توسط نیکلا تسلا کشف شد.
در جریان مستقیم (یکسو)، الکترون ها در یک جهت حرکت میکنند، یعنی یکی از قطب ها مثبت و دیگری منفی است. علامت جریان مستقیم (=) است. در جریان متناوب، جهت حرکت الکترون ها دوسویه یا رفت و برگشتی است و قطب های جریان در هر ثانیه، 50 تا 60 بار تغییر می نماید. علامت جریان (∼) میباشد.
- تفاوت جریان های الکتریکی مستقیم و متناوب چیست؟
به دلیل تغییرات دائمی قطب ها در جریان الکتریکی مطابق ساختار یک موج سینوسی، در لحظاتی که جریان به صفر میرسد، قوس الکتریکی قطع شده و مجدداً شکل میگیرد. در جوشکاری با شدت جریان کم، قوس دچار ناپایداری میگردد که مطلوب نمی باشد.
مزایای جریان الکتریکی متناوب (AC) عبارتنداز:
- ترانسفورماتورهای مولد این جریان، دارای سیستم ساده و ارزان هستند.
- هزینه نگهداری دستگاه جوشکاری پایین است.
- توزیع یکنواخت حرارت بین الکترود و قطعه کار
- راندمان اقتصادی بالاتر
- عدم انحراف قوس یا وزش قوس (Arc Below)
معایب جریان الکتریکی متناوب (AC) عبارتنداز:
- عدم امکان تغییر قطب جریان توسط اپراتور جوشکاری
- عدم امکان جوشکاری برخی فلزات
- عدم امکان استفاده برای برخی انواع الکترود روکشدار
- ضعف در پایداری قوس خصوصاً در جوشکاری با آمپر پایین
مزایای جوشکاری با جریان الکتریکی مستقیم (DC) عبارتنداز:
- سهولت در تشکیل قوس و پایداری آن
- کاهش احتمال ایجاد شوک الکتریکی
- کاهش میزان پاشش جرقه در هنگام جوشکاری
- قابل استفاده برای همه انواع الکترود
- قابلیت استفاده از هر دو قطب جریان الکتریکی
- تمرکز دو سوم از حرارت روی قطب مثبت
- سهولت اجرای جوشکاری در تمامی وضعیتها
معایب جوشکاری با جریان الکتریکی مستقیم (DC) عبارتنداز:
- امکان وقوع پدیده ی وزش قوس (Arc Below) یا انحراف قوس
انحراف قوس موجب عیوب جوش از قبیل ایجاد حفره ی گازی شکل، ناموزونی ساختار گرده ی جوش، پاشش جرقه در انتهای خط جوش، سوختگی لبه ی جوش و ظاهر نامناسب جوش میگردد.
- هزینه ی خرید، تعمیر و نگهداری بالاتر نسبت به جریان متناوب (AC)
- مفهوم قطبیت در جوشکاری چیست؟
در جوشکاری با الکترود روپوش دار، هر دو جریان DC و AC مورد استفاده قرار میگیرد. تفاوت اصلی این دو نوع جریان در تعیین قطب های الکتریکی است. هنگام جوشکاری با جریان متناوب (AC)، به دلیل تغییر مستمر قطب ها، فرقی ندارد که انبر جوشکاری به کدامیک از کابل های خروجی دستگاه جوش وصل شود. در این حالت حرارت به طور مساوی بین الکترود و قطعه کار توزیع می شود. به دلیل این که در جریان متناوب (AC)، جای قطب ها در هر ثانیه 50 بار عوض میشود، قوس پایداری کمتری دارد و در جوشکاری افقی، عمودی، سقفی و جوشکاری ورق های نازکتر که نیازمند شدت جریان پایین است، جوشکاری دشوار می شود.
در جوشکاری با جریان مستقیم (DC) که توسط دستگاه رکتیفایر یا دینام جوشکاری تأمین می شود و انتخاب قطب جریان، در اختیار جوشکار است. دو حالت امکانپذیر است:
- حالت جوشکاری با قطب مستقیم (DC SP) یا الکترود منفی (DC EN)
- حالت جوشکاری قطب معکوس (DC RP) یا الکترود مثبت (DC EP)
- حالت جوشکاری با قطب مستقیم (DC SP/ DC EN) چگونه است؟
در این روش، کابل انبر الکترود گیر به قطب منفی دستگاه و کابل اتصال به قطب مثبت وصل میشود. در جوشکاری قوسی با الکترود تنگستن (TIG)، الکترود تنگستن به قطب منفی دستگاه وصل است و تقریباً یک سوم حرارت قوس الکتریکی را دریافت میکند. سهم بیشتر گرما درقطعه کار توزیع میشود. این امر از ذوب شدن الکترود تنگستن جلوگیری میکند. در جوشکاری با الکترود روپوشدار (SMAW) هم گرما در قطب مثبت بیشتر از قطب منفی است ولی به علت وجود روپوش و بخارات و گازهای حاصل از آن، توزیع حرارت به صورت متعادل انجام میشود.
- حالت جوشکاری قطب معکوس (DC RP/DC EP) چگونه است؟
در این روش، الکترود به قطب مثبت دستگاه متصل است. بنابراین گرما بیشتر در الکترود توزیع میشود، در نتیجه سرعت ذوب الکترود بیشترمیشود. در فرایندهای جوشکاری زیر پودری مانند MIG/MAG یا GMAW، الکترود به قطب مثبت وصل میشود، زیرا سرعت ذوب بالاتر و راندمان بیشتر لازم است. همچنین الکترودهای قلیایی که روپوش دیرذوب دارند، با روش قطب معکوس (DC RP/DC EP) جوشکاری میشوند.
عمل تمیزکاری قوس (Arc Cleaning) در این حالت انجام میگیرد. از آنجا که الکترونها از کار جدا شده و یونها از الکترود به کار برخورد میکنند، اکسیدهای فلزی در محل تشکیل قوس خرد شده و یا به صورت یکپارچه تشکیل نمیشوند و برای جوشکاری فلزاتی که اکسید دیر ذوب و یکپارچه تشکیل میدهند (آلومینیوم و منیزیم) این روش بسیار مناسب است.
در کارگاه های جوشکاری عموماً از برق صنعتی استفاده میشود که دارای شدت جریان پایین است، لذا برای افزایش شدت جریان به کمک تابلوهای برق صنعتی جریان الکتریکی ورودی مناسب دستگاههای جوشکاری (ولتاژ پایین و شدت جریان بالا) تأمین میشود. گاهی ممکن است جریان الکتریکی از حالت متناوب به جریان مستقیم نیز تبدیل شود.
برای درک تفاوت جریان های مستقیم و متناوب، حتما ویدئو کوتاه زیر را مشاهده کنید.
1. 1. 2 شدت جریان و ولتاژ مناسب جوشکاری
شدت جریان الکتریکی، بیانگر تعداد الکترون های عبوری از یک نقطه از مدار الکتریکی در واحد زمان است. به طور دقیق، عبور تعداد الکترون در یک ثانیه از یک نقطه از مدار، معادل شدت جریان یک آمپر (یک کولن در ثانیه) یا (C/s) میباشد و با I نماد نشان داده میشود. به افتخار دانشمند فرانسوی به نام Andre-Marie Ampere، واحد اندازهگیری شدت جریان الکتریکی، آمپر نامیده شد.
هر بار الکتریکی موجب ایجاد میدان الکتریکی در اطراف خود میشود. ممکن است در نقطهای میدان قویتر یا ضعیفتر باشد. اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه ولتاژ نامیده میشود. واحد اندازهگیری ولتاژ، ژول برکولن (J/C) است و آن را با نماد V یا E نشان میدهند. به افتخار دانشمند ایتالیایی Alessandro Volta که اولین بار باتری شیمیایی را اختراع نمود، اختلاف پتانسیل الکتریکی با واحد ولت معرفی گردید.
هرچه ولتاژ بین دو قطب جریان زیادتر باشد، تخلیه الکتریکی (جهش الکترونها) بین دو قطب، از فاصله دورتری انجام میشود.
به منظور جلوگیری ازپخش شدن گرما در حین جوشکاری و حفاظت از حوضچه مذاب، ذوب الکترود نزدیک محل اتصال و انتقال راحت و قابل کنترل مذاب و افزایش ایمنی جوشکاری، لازم است که جریان الکتریسیته با ولتاژ کم و شدت جریان زیاد، باشد. این امر باعث پیشگیری از ایجاد طول قوس بلند، تأمین انرژی لازم برای تشکیل قوس و سرعت مناسب جوشکاری میگردد. برای انجام فرآیند جوشکاری به شدت جریان الکتریکی بیشتر از ۸۰ آمپر نیاز است.
1. 1. 3 دستگاه های تولید جریان الکتریکی مناسب جوشکاری
چنانچه برای اجرای جوشکاری به جریان مستقیم نیاز داشته باشیم، لازم است سیستمی را به دستگاه های ترانسفورماتور اضافه کنیم که جریان خروجی را به صورت مستقیم (DC) در اختیار جوشکار قرار دهد. ساده ترین دستگاه های جوشکاری به منظور تبدیل برق شهری (جریان الکتریکی متناوب (AC) با شدت پایین و ولتاژ بالا) به جریان الکتریکی مناسب (با شدت بالا و ولتاژ پایین)، ترانسفورماتورها (دستگاه ترانس) می باشند.
انواع دستگاههای الکتریکی عبارتند از:
- مولد جریان: دستگاهی که با حرکت دورانی، جریان برق مناسب برای جوشکاری را تولید میکند. مانند موتورجوش و دینام جوشکاری
- مبدل جریان: دستگاهی که برق متناوب شهر 220 (یا 380 ولت) را به برق مناسب برای جوشکاری تبدیل میکند. مانند ترانسفورماتور و رکتیفایر که از برق متناوب شهر تغذیه نموده و جریان AC یا (DC) مناسب برای ایجاد و پایداری قوس جوشکاری را تأمین میکنند.
1. 1. 3. 1 دستگاه ترانسفورماتور جوشکاری چیست؟
دستگاه ترانسفورماتور جوشکاری (دستگاه جوش)، جریان الکتریکی مناسب را برای انجام فرآیند جوشکاری تأمین مینماید. ترانسفورماتورهای جوشکاری در انواع ساده و پیشرفته (مجهز به سیستم کامپیوتری CNCو فناوری IGBT) تولید میشوند. دستگاههای جوشکاری در دو نوع جریانثابت (CC) و ولتاژ ثابت (CV) وجود دارند. هر کدام از این نوع دستگاهها با ثابتنگهداشتن جریان یا ولتاژ، متغیر دیگر را برای انجام عملیات بهینه تغییر میدهند.
1. 1. 4 دستگاه یکسوساز، یکسوکننده (Rectifier) چیست؟
وسیلهای است که جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل میکند. رکتیفایرهای جوشکاری در واقع همان دستگاههای ترانسفورماتور هستند که یک سیستم یکسوکننده ی جریان الکتریسیته به آنها اضافه شده است و جریان متناوب 380 یا 220 ولت ورودی به کارگاه را به جریان مستقیم مناسب برایجوشکاری تبدیل میکند. عموماً با جریان برق سه فاز کار میکنند.
همانند سایر دستگاههای دیگر جوشکاری دارای دو ترمینال خروجی (با علائم مثبت و منفی) هستند. کابل انبر جوشکاری را به قطب مثبت یا منفی متصل میتوان نمود. ممکن است دستگاه رکتیفایر دارای قابلیت خروجی جریان به صورت AC یا DC باشد. در اینصورت، دو ترمینال مخصوص جریان AC نیز روی صفحه اصلی دستگاه وجود دارد و جوشکار میتواند به انتخاب خود از جریانهایی AC یا DC با قابلیت تعیین قطبیت یعنی الکترود منفی یا الکترود مثبت را مورد استفاده قرار دهد.
انواع رکتیفایر عبارتنداز:
- نیمموج (با یک یا دیود)
- موج کامل (با جهار دیود)
در رکتیفایر نیمموج، جریان برق تنها از یک قطب مثبت یا منفی میتواند عبور کند، در حالی که در نوع موج کامل، جریان از هر دو قطب منفی و مثبت عبور میکند. قلب مدار رکتیفایر را دیود تشکیل میدهد چرا که آنها فقط در یک جهت، جریان میگیرند.
معایب دستگاه رکتیفایر عبارتند از:
- وزن بالای دستگاه و مشکلات حمل و جابهجایی
- نیاز به برق سه فاز
- قیمت بالا
- محدودیت کاربرد (فقط در جوشکاری اسکلتهای ساختمانو جوشکاری درون کارخانجات صنعتی، توجیه اقتصادی دارد)
1. 1. 5 دینام جوشکاری چیست؟
نوعی مولد جریان مستقیم (AC) است و شامل یک موتور برای چرخاندن ژنراتور مولد جریان مستقیم است. اگر موتور محرکهی دینام از نوع الکتریکی باشد، دینام جوش کارگاهی و اگر از نوع بنزینی یا گازوئیلی باشد، موتورجوش نامیده میشود. رکتیفایر بعد از دستگاههای جوش CO2 به بازار عرضه شد.
مولدهای جوشکاری سیار، در پروژههای دور از شبکه برق صنعتی مانند سکوهای شناور در دریا و اقیانوسها و مکانهای نصب آنتنهای مخابرات در ارتفاعات به کار گرفته میشود و با استفاده از موتور احتراق داخلی، حرکت دورانی جهت گردش محور دینام مولد جریان جوشکاری تأمین میگردد.
موتور جو شهایی که در محلهای نصب سازههای فلزی و یا در پروژههای راهسازی و پلسازی کاربرد دارند، معمولاً دارای یک موتور احتراق (بنزینی یا گازوییلی) هستند که با استارت راهاندازی میشوند. هر یک از مولدها دارای دفترچه راهنما است که باید در هنگام استفاده به نکات آن توجه گردد.
1. 1. 6 دستگاه جوشکاری اینورتر (Inverter) چیست؟
دستگاه مبدل الکترونیکی اینورتر (Inverter) نسل بعد از رکتیفایر است. این دستگاه جوش، جریان الکتریکی مستقیم (DC) با ولتاژ پایین (بین 9 تا 12 ولت) را به جریان متناوب (AC) با ولتاژ بالا تبدیل میکند. دستگاههای جوش اینورتر (Inverter) دارای مدار پیچیده و گران قیمت نسبت به رکتیفایر (Rectifier) هستند، زیرا تبدیل جریان DC به AC پیچیدهتر از تبدیل جریان AC به DC است. دستگاه اینورتر میتواند جریان الکتریکی مستقیم (DC) باتری اتومبیل با ولتاژ 12 ولت را به جریان متناوب (AC) با ولتاز 120 ولت تبدیل نماید. از این دستگاه قابل حمل برای انجام جوشکاری های ساده و خال جوش نیز استفاده میشود.
1. 1. 6. 1 دستگاه جوشکاری اینورتر چه تفاوتی با رکتیفایر دارد؟
علیرغم اینکه هر دو از مبدل های الکترونیکی هستند اما عملیات متفاوتی را در مدار الکترونیکی انجام میدهند. رکتیفایر، جریان را از جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC ) تغییر میدهد، در حالی که اینورتر DC را به AC تبدیل میکند. وزن اینورتر حدود 7 تا 8 کیلوگرم است، در حالیکه وزن رکتیفایر بین 200 تا 300 کیلوگرم میباشد.
در این ویدئو تفاوت بین ترانسفورماتور و اینورتر بیان می شود.
2. بررسی انواع الکترود و سیم جوش
حتما ویدئو زیر را تماشا کنید و با انواع الکترود و سیم جوش آشنا شوید.
2. 1 مفهوم علامت درج شده بر الکترودها بر اساس استاندارد AWS
در نامگذاری الکترودهای مختلف، از یک عبارت چهار یا پنج رقمی مشابه EXXXXX استفاده میشود که بیانگر ویژگی های الکترود است. در ادامه با مفهوم هریک از این اعداد آشنا خواهیم شد.
✔ تفسیر شناسه ی استاندارد الکترود روکشدار را می توانید در جدول زیر مشاهده کنید.
حرف مشترک E | بیانگر الکترود | |
دو عدد اول از سمت چپ | مقاومت کششی نهایی جوش بر حسب کیلوپوند بر اینچمربع (ksi) که برای تبدیل به کیلوگرم بر سانتیمتر مربع باید در 70 ضرب شود. | |
عدد سوم از سمت چپ | وضعیت جوشکاری مجاز | |
عدد 1: جوشکاری در تمام حالات (All Position) مجاز است. عدد 2: جوشکاری در حالت تخت و افقی ( Flat& (Horizontal مجاز است. عدد 3: جوشکاری فقط در حالت افقی (Flat) مجاز است. عدد 4: جوشکاری در همه موقعیتها و حالت جوشکاری عمودی از بالا به پایین (V- down/vertical-down welding) مجاز است. | ||
عدد چهارم از سمت چپ | بیانگر نوع جریان الکتریکی مجاز و خصوصیات ظاهری گرده جوش | |
عدد | نوع جریان مجاز | ویژگی و ظاهر جوش |
عدد صفر | (DC RP/DC EP) | نفوذ بالا، مهرههای جوش به صورت تخت، درجهی سختی گردهی جوش تقریباً زیاد |
عدد 1 | AC, DC | سطح جوش صاف و در شکافها و درزها کمی مقعر، درجهی سختی جوش کمی بیشتر از حالت قبل |
عدد 2 | AC, DC | نفوذ جوش متوسط، درجه سختی جوش کمی کمتر از دو گروه قبل، گردهی جوش به حالت محدب |
عدد 3 | AC, DC | درجه سختی گرده جوش کمتر از دو گرده اول و دوم و کمی بیشتر از گرده سوم، قوس الکتریکی آرام، نفوذ کم، گردهی جوش در درزها به شکل محدب |
عدد 4 | AC, DC | قابل استفاده برای جوشکاری شکافهای عمیق یا در جوشکاری چندپاسه |
عدد 5 | DC | قابل استفاده برای جوشکاری در شکافهای باز و عمیق، درجهی سختی گردهی جوش کم، دارای قوس الکتریکی آرام، پوشش شیمیایی از گروه پوشش الکترودهای بازی |
عدد 6 | Ac | خواص و مشخصات مشابه گروه 5 |
مثال: عدد 60 در الکترود E6010 بیانگر تنش کششی نهایی جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع میباشد. برای تبدیل واحد میتوان از روش زیر استفاده نمود: استحکام کششی جوش ممکن است به دو صورت در نظر گرفته شود که که این موضوع توسط دستورالعمل سازنده مشخص میگردد: 1- تنشزدائیشده (Stress Relieved) با عملیات حرارتی پسگرمایش 2- جوشکاریشده (Welded As) نکته: همواره مقاومت نهایی فلز جوش باید از فلز پایه بیشتر باشد تا اتصال جوشی عملکرد مناسبی داشته باشد. نکته: برای معرفی الکترودهای مخصوص روش جوشکاری گاز از حرف RG و الکترودهای روکشدار مخصوص جوشکاری با اکسی استیلن از حرف FC استفاده میشود. |
برای درک بهتر این موضوع پیشنهاد می کنم ویدئو زیر را مشاهده کنید.
2. 2 وضعیتهای مختلف در جوشکاری
موقعیت قرارگیری دست جوشکار نسبت به قطعه کار، در میزان کیفیت جوشکاری مؤثر است. به طوریکه جوشکاری در حالت تخت، به دلیل اشراف کامل جوشکار، دارای بالاترین کیفیت و جوشکاری زیرسقفی (سربالا) به علت احتمال ریزش جوش به دلیل جاذبه ی زمین، کیفیت پایینی دارد. در ادامه انواع حالتهای جوشکاری و نحوهی نام گذاری هر یک مشاهده میشوند، به عنوان مثال حالت F4 مربوط به جوش گوشهای میباشد که به صورت سربالا جوشکاری میشود.
برای آشنایی با وضعیت جوشکاری V-Down دیدن ویدئوی زبر را توصیه می کنم.
با توجه به گستردگی فرایندهای جوشکاری برای فلزات مختلف، استاندارد AWS برای انجام جوشکاری فلزات غیرآهنی مطابق جدول زیر به تفکیک دستورالعمل هایی ارائه نموده است.
2. 3 انواع الکترود مورد استفاده در فرایندهای جوشکاری
همانطور که در مقاله ی شماره 1 گفتیم، در برخی فرایندهای جوشکاری، از نوعی ماده پرکننده جهت پرکردن فضای اتصال مابین دو سطح مورد جوشکاری استفاده میشود. الکترودها جزو تجهیزات شناخته شده جوشکاری میباشند. در واقع، الکترود یک میله فلزی یا گرافیتی هادی جریان الکتریکی است که به تشکیل قوس الکتریکی کمک میکند.
الکترودها به دو دسته کلی طبقه بندی میشوند:
- الکترودهای مصرفی (Consumption Electrodes): الکترودهایی که در فرایند جوشکاری ذوب شده و در تشکیل فلز جوش مشارکت دارند. در فرایندهای جوشکاری SMAW – GMAW کاربرد دارند.
- الکترودهای غیرمصرفی (Nun consumption Electrodes): دستهای از الکترودها ذوب نمیشوند و فقط در ایجاد قوس الکتریکی مشارکت دارند. مانند الکترودهای مسی، الکترودهای تنگستنی و الکترودهای ذغالی در برشکاری و شیارزنی (RW و TIG)
الکترودهای ذوب شونده به سه دسته تقسیم میشوند:
- الکترود روکشدار (Coated Electrode) مخصوص جوشکاری قوس الکتریکی (SMAW)
- بدون روکش (سیمجوش) مخصوص جوشکاری زیرپودری (SAW) و محافظت شده با گاز (GMAW)
- توپودری (FCAW)
متناسب با فرایند جوشکاری و ضخامت قطعات اتصال، انواع مختلف الکترود تولید میشود.
2. 3. 1 الکترودهای روکشدار (Coated Electrode)
اجزای تشکیل دهنده الکترودهای ذوب شونده روکشدار عبارتنداز:
- مفتول فلزی یا مغزی (Core Wire)
- پوشش روی فلز (Flux Coating)
1. 3. 1. 1 مفتول فلزی الکترود روکشدار
جنس مفتول داخلی الکترودهای جوشکاری دستی، متناسب با نوع فلز پایه انتخاب میشود. این مغزی ها با کمترین ناخالصی تواید میشوند تا اتصال جوشی بالاترین کیفیت را داشته باشد. ترکیب شیمیایی مفتول مغزی و خواص مکانیکی آن به طور مستقیم و غیرمستقیم در قابلیت تولید الکترود و خواص جوش مؤثر است.
جنس مغزی مورد استفاده در الکترودهای فرایندهای جوشکاری دستی عبارتنداز:
- فولاد ساده (نرم) کمکربن و در بعضی موارد از فولادهای آلیاژی
- فولاد زنگنزن
- چدن
- نیکل و آلیاژ نیکل
- مس
- نیکل
- آلومینیوم و آلیاژ آن
معیار تعیین قطر الکترود، قطر فلز مغزی آن است. الکترودها با قطرهای مختلف از ۲ تا ۶ میلیمتر و گاهی نیز بیشتر تولید میشوند. انتخاب قطر الکترود باید متناسب با ضخامت فلز پایه صورت گیرد و هرگز قطر الکترود نباید بیشتر از ضخامت ورق در نظر گرفته شود.
معمولاً برای جوشکاری قطعات نازک (با ضخامت ۱ یا ۲ میلیمتر) مانند پروفیلهای در و پنجره از الکترودهای باریک و برای جوشکاری قطعات ضخیمتر مانند اسکلت فلزی ساختمان از الکترود با قطرهای بالا (سایز 4 و 6) استفاده مینمایند. برای جوش لوله های گاز و آب خانگی (فشار پایین) از الکترود 5/2 با شدت جریان 60 تا 90 آمپر استفاده میشود. الکترود سایز 25/3 که در بازار با نام سایز 3 شناخته میشود، مناسب جوشکاری قطعات فولادی به ضخامت 5 میلیمتر و بیشتر است. شدت جریان مورد نیاز جوشکاری روی جعبه الکترودها درج شده است.
جدول مشخصات مغزی الکترودهای روکشدار
جنس فلز الکترود | فولاد نرم، فولاد پر کربن، فولاد آلیاژی، چدن، آلیاژهای نیکل، فلزات رنگی، نیکل، کربن |
قطر مغزی فلزی (میلیمتر) | 2، 5/2، 25/3، 4، 6 و 8 |
طول مغزی (سانتیمتر) | 25، 30،35، 45 |
ویژگیهای آلیاژ فلزی مناسب برای تولید الکترود عبارتند از:
- داشتن حداقل مقاومت کششی یا فشاری برابر با مقاومت نظیر فلز پایه
- قابلیت ذوب شوندگی مناسب و سریع
- قابلیت نفوذپذیری بالا در فلز پایه
- عدم واکنش شیمیایی مضر با فلز پایه و گازهای اطراف حوضچه مذاب
- عدم ترکیب با با اجسام خارجی، آلودگیهای هوا و آلودگیهای موجود در حوضچه جوش
- عدم اکسیداسیون سریع
- شکل دادن به گردهی جوش
2. 3. 1. 2 پوشش روی فلز (Flux Coating)
پیرامون فلز مغزی با استفاده از یک پوشش (Flux Coating) احاطه شده است. این پوشش محیطی که در اصطلاح جوشکاران به گل روی الکترود معروف است، سراسر طول الکترود (حدود ۳۵ سانتیمتر) را به جز 5/1 سانتیمتر بالا (محل اتصال الکترود به انبر جوشکاری) میپوشاند. روکش الکترود جوشکاری اغلب از آهک، سلولز، اکسید سدیم، خاک رس و یا آزبست تشکیل گردیده است. کیفیت و درجه خلوص این مواد معدنی، تأثیر زیادی در کیفیت عملی و خواص مهندسی جوش دارد. به طوریکه وجود ناخالصی در حد 01/0 درصد از یک عنصر خاص در یک ماده معدنی، ممکن است اثرات نامطلوبی روی کیفیت جوش داشته باشد.
مزایای پوشش الکترود عبارتنداز:
- کمک به پایداری قوس الکتریکی در فرآیند جوشکاری
- افزایش مدت زمان خنک شدن جوش با ایجاد سرباره (Slag)
- ایفای نقش عایق جهت ایجاد گاز محافظ (Gaseous Shield)
ویژگی های پوشش الکترود عبارتنداز:
- داشتن دمای ذوب مشابه فلز مغزی
- قابلیت پوشش سریع حوضچه جوش و ممانعت از تماس با هوا و اکسید شدن مواد مذاب و سرد شدن و ترکخوردگی
- قابلیت پوشش سریع حوضچه جوش و ممانعت از سرد شدن سریع مواد مذاب و تشکیل ترک در جوش
- قابلیت اکسیداسیون سریعتر از فلز پایه جهت ایجاد لایه محافظ حوضچه جوش
- عدم تولید گازهای مضر تنفسی برای جوشکار
- عدم ترکیب با مواد مذاب داخل حوضچه جوش
- قابلیت تصفیه حوضچه مذاب از طریق جذب ناخالصیهای مواد خارجی حوضچه جوش
- قابلیت جداسازی راحت از روی سطح جوش سرد شده برای ایجاد پاسهای بعدی جوشکاری
تماشای این ویدئو شما را با الکترودهای مصرفی آشنا مینماید:
2. 4 انواع پوشش الکترود بر اساس معیارهای بین المللی
استانداردهای مختلفی برای تولید روکش الکترود وجود دارد که از جمله مهمترین آنها موارد زیر می باشند:
نام و علامت اختصاری استانداردهای بین المللی |
International Organization for Standardization /ISO2560 =ISO |
AWS = American Welding Society/ A5.1 |
BS = British Standard/ BS639 |
DIN = Dushland Industrial Norming/ DIN19.13 |
انواع الکترودهای روکشدار (Coated Electrode) بر اساس استاندارد AWS/ASME SFA – 5.1 عبارتند از:
نوع روکش الکترود | علامت اختصاری |
الکترودهای سلولزی | C/ Cellulosic |
الکترودهای روتیلی | R/ Rutile |
الکترودهای بازی یا قلیایی | B/ Basic |
الکترودهای اسیدی | A/ Acid |
الکترودهای اکسیدی | O/Oxid |
الکترودهای روتیلی ضخیم | RR |
الکترودهای سلولزی- روتیلی | RC |
الکترودهای روتیلی- بازی | RB |
الکترودهای روتیلی- اسیدی | RA |
2. 4. 1 آشنایی با الکترود سلولزی
به دلیل وجود درصد بالای ترکیبات سلولزی در روکش این الکترودها و تجزیه سلولز در هنگام جوشکاری، گاز هیدروژن زیادی تولید میشود. ورود هیدروژن به قوس الکتریکی، موجب افزایش ولتاژ شده و انتقال گرمای ناشی از قوس الکترکی به قطعه کار با شدت بالا و میزان نفوذ زیاد انجام میشود. بنابراین، سطح جوش حاصل از این نوع الکترود، ناهموار و خشن است که با جریان الکتریکی DC و قطب DCRP مورد استفاده قرار میگیرد.
درصد جذب رطوبت در این الکترودها بالاست. نفوذ رطوبت هوا باعث فاسد شدن ماده سلولز میشود. به دلیل قابل اشتعال بودن روکش سلولزی، امکان خشک کردن آنها وجود ندارد. به همین دلیل این الکترودها در جعبه های در بسته و غیرقابل نفوذ (Vacuumed Pack) و یا در جعبۀ حلبی که با لحیم غیر قابل نفوذ شده است عرضه می شود.
از الکترودهای سلولزی به دلیل داشتن خواص مکانیکی مطلوب و نفوذ کافی در فلز پایه، عموماً برای جوشکاری پاس ریشه اتصالات استفاده میگردد.
به دلیل قابلیت انجماد سریع مذاب جوش، در جوش سربالا نیز از این الکترودها استفاده می شود. اما به دلیل احتمال بالای حل شدن هیدروژن در حوضچه مذاب و وقوع پدیده ی هیدروژنتٌردی، این الکترودها برای جوشکاری پاس های میانی اتصال مطلوب نمی باشند.
توجه: در پدیده ی هیدروژنتردی، اتم هیدروژن در مذاب جوش حل می شود، سپس تشکیل مولکول هیدروژن (H2) داده و موجب ضعف جوش میگردد.
الکترودهای سلولزی در انواع جوشکاری با سرعت نسبتاً بالا مانند جوشکاری خطوط لوله به کار میروند. این الکترودها قابلیت جوشکاری با هر دو جریان متناوب و مستقیم را دارند.
2. 4. 2 آشنایی با الکترود روتیلی
روتیل در حقیقت نام معدنی اکسید تیتانیوم (TiO2) میباشد. وجود درصد بالای این ماده در روکش الکترود، باعث تشکیل راحت و پایداری قوس الکتریکی میگردد. همچنین این الکترودها، امکان جوشکاری با هر دو نوع جریان الکتریکی AC و DC در همه ی حالات را فراهم آورده اند. کاربرد زیادی در جوشکاریهای عمومی دارد. الکترودهای E6013, E6019, E7014 از نوع روتیلی هستند.
2. 4. 3 آشنایی با الکترودهای قلیایی (بازی)
قسمت عمده ی این نوع الکترود را ترکیبات کربنات کلسیم (CaCo3)، اکسید منیزیوم (Mgo) و اکسید کلسیم (Cao) همراه با مقداری فلورید کلسیم تشکیل می دهند. با استفاده از این الکترودها در اثر تشکیل قوس الکتریکی و تولید گاز دی اکسید کربن، از حوضچه مذاب، محافظت می شود. وجود درصدی پودر آهن در روکش دست های از الکترودهای قلیایی، باعث افزایش کیفیت، کاهش نفوذ، کاهش نقص بریدگی در کناره ی جوش (Under Cut) و افزایش پهنای جوش میشود.
این الکترودها به الکترودهای کم هیدروژن (Low Hydrogen) معروفند، زیرا مواد سلولزی در روکش آنها وجود ندارد. الکترودهای قلیایی نمگیر (جاذب رطوبت) هستند و از آنجاکه الکترود باید عاری از هیدروژن باشد، الکترودها را قبل از جوشکاری داخل دستگاه الکترودخشککن قرار داده و به مدت 2 تا 3 ساعت در دمای 250 تا 400 درجه سانتیگراد خشک میکنند. این الکترودها قابلیت جوشکاری با هر دو جریان متناوب و مستقیم را دارند. الکترودهای E7016-H8, E6018, E7018-1-H4, E7018-1-H4R از نوع قلیایی میباشند.
موارد کاربرد الکترودهای قلیایی یا بازی عبارتنداز:
- جوشکاری فولادهای کمآلیاژ حساس به ترک زیر خط جوش و منطقه مجاور جوش
- جوشکاری قطعات ضخیم فولادی با درصد کربن بالا
- قابلیت اجرای جوشکاری در تمام وضعیتها به جز حالت سربالا با جریان += (DCEP)
- مقاومت مکانیکی مطلوب و مقاومت در مقابل ضربه بالای جوش حاصل
2. 4. 4 آشنایی با الکترودهای اسیدی
سیلیکات آهن و منگنز، روکش این نوع الکترودها را تشکیل میدهند که باعث ایجاد سرباره ی ضخیم با خواص اسیدی روی سطح جوش می شوند. در این الکترودها به دلیل انجماد سریع، جداسازی راحت سرباره از سطح جوش و کاهش احتمال حبس سرباره بین پاس های جوشکاری، برای جوشکاری های چند پاسی قطعات ضخیم، مناسب می باشند.
تشکیل قوس الکتریکی با این الکترودها، آسان تر از الکترودهای قلیایی و مشکل تر از الکترودهای روتیلی است. در حالت مشابه از لحاظ فلزپایه، استحکام کششی فلز جوش در جوشکاری یا الکترود اسیدی، کمتر از الکترود روتیلی می باشد. درحالیکه میزان ازدیاد طول نسبی، مقاومت در برابر ضربه و شکل پذیری آن بیشتر است. به دلیل نرخ رسوب بالا، جوش حاصل از کیفیت مکانیکی و نفوذ مطلوب، برخوردار نبوده و معمولاً جهت رفع عیوب قطعات ریخته گری کاربرد دارند. فرآیند جوشکاری با الکترود روکش اسیدی دارای کیفیت چندان بالایی نبوده و در موارد حساس از آنها استفاده نمیگردد. این الکترودها حساس به رطوبت هستند و کاربرد زیادی ندارند. الکترودهای اسیدی قابل استفاده در تمامی وضعیت های جوشکاری می باشند.
الکترود E7027 از مهمترین الکترودهای اسیدی می باشد. الکترودهایی که نخستین عدد سمت راست از کد شناسه آنها مطابق استاندارد AWS، به عدد 7 ختم شود، دارای پوشش اسیدی هستند.
2. 4. 5 آشنایی با الکترودهای اکسیدی
در روکش این الکترودها درصد بالای اکسید آهن به همراه اکسید منگنز، کربناتآهن و کربناتمنگنز وجود دارد که موجب تشکیل سربارهای متراکم، سنگین و پرحجم میشود که به سهولت از سطح جوش جدا میگردد. این الکترودها نیز نسبت به الکترودهای سلولزی کاربرد کمی دارند و به دلیل قابلیت جریان مذاب حاصل، اغلب برای اجرای جوش گوشه در وضعیتهای افقی و تخت استفاده میشوند.
این الکترودها مانند الکترودهای اسیدی دارای نرخ رسوب بالا و نفوذ کم میباشند و جوش حاصل دارای سطحی صاف و یکنواخت با استحکام نسبتاً پایین است. الکترودهای اکسیدی قابلیت جوشکاری با هر دو جریان متناوب و مستقیم را دارند. وجود مقادیر زیاد اکسیژن در این الکترودها، ممکن است منجر به ایجاد جوشی کم استحکام گردد. لذا افزودن بعضی از دی اکسیدکننده ها به این نوع روکش، منجر به جوشی اکسیدزدایی شده با بهترین خواص مکانیکی و نیز امکان جدایش آسان سرباره میگردد.
2. 4. 6 آشنایی با الکترودهای پر نفوذ (Deep Penetration Electrode/ DPE)
برای مصارف خاص صنعتی الکترودهایی تولید میشوند که حالت ویژه دارند و روکش آنها ممکن است با یک نوع روکش معمولی نزدیک باشد. به عنوان مثال الکترودهای پر نفوذ (Deep Penetration Electrode/ DPE) به دلیل قدرت نفوذ بالا برای برشکاری با قوس الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرند.
2. 4. 7 ویژگی الکترودهای با روکش محتوی پودر آهن
این الکترودها از الکترودهای پر راندمان (HYE) میباشند که به دلیل وجود درصد بالای پودر آهن در روکش آنها، نرخ رسوب بالا و راندمان بیشتر از یک دارند. در صورتی که برای الکترودهای معمولی به دلیل هدر رفتن بخشی از مغزی الکترود به صورت جرقه و پاشش به اطراف، همواره راندمان، کمتر از یک می باشد.
از آنجایی که نرخ رسوب رابطه معکوس با میزان نفوذ دارد، استفاده از الکترودهای با نرخ رسوب بالا تنها در جوشکاری سطحی با تعداد پاسهای کم امکانپذیر و اقتصادی است.
به طورکلی الکترودهای قلیایی که اغلب در ترکیب خود 50 درصد پودر آهن دارند، از مهمترین انواع الکترودهای حاوی پودرآهن میباشند. ورود پودرآهن موجود در سرباره به همراه مذاب حاصل از مغزی الکترود به داخل حوضچهی مذاب، با افزایش حجم مواد مذاب و پدیدهی High Recovery میگردد.
الکترودهای قلیای با پودر آهن در مقایسه با الکترودهای قلیایی خالص، حدود 15 تا 30 درصد افزایش راندمان دارند. الکترودهای E7024 و E7028 جزو الکترودهای قلیایی با اکسید آهن میباشند.
ترکیب روتیل پودر آهن نیز، الکترودهای روتیلی با مقدار زیادی پودرآهن نیز دارای انعطـاف پذیـری بسیار بالایی به ویـژه در جوشکاری زوایـای تنـگ و محدودیت مکان حرکت میباشند.
2. 4. 8 ویژگی الکترود کم هیروژن E7016-G
این الکترودها برای جوشکاری های چندپاسه مخصوص قطعات فولادی ضخیم (تا 25 میلیمتر) مناسب هستند. هر دو نوع جریان برای آنها مناسب است. الکترودهای با قطر 5 میلیمتر و کمتر که برای همه حالات جوشکاری (به جز جوش عمودی با پیشروی به سمت پایین) کاربرد دارند. استفاده از الکترودهای با قطر بیشتر به جوشکاری در حالات تخت و افقی محدود میگردد.
2. 5 انواع الکترود مخصوص فرایندهای جوشکاری با محافظت گاز (GTAW or TIG)
الکترودهای تنگستن مخصوص این فرایندهای جوشکاری از نوع مصرف نشدنی هستند و بر اساس ترکیبات شیمیایی مطابق استاندارد AWS A5.12 به صورت زیر طبقه بندی میشوند:
- الکترود تنگستن خالص (EWP)
- تنگستن توریمدار (EWTH)
- تنگستن زیرکونیومدار (EWZR)
- تنگستن لانتاندار (EWLA)
- تنگستن سریمدار (EWCE)
این الکترودها بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم به کار می روند. نوع خالص آن با رنگ انتهایی سبز، تنها برای جوشکاری در شدت جریان کم و جوشکاری موارد کم حساسیت مناسب است. طول عمر مفید نسبتاً کوتاه و قیمت پایین از ویژگی های دیگر EWP است. ظرفیت حمل الکتریسیته بالاتر، عمر مفید طولانی، تشکیل قوس راحت تر و ثبات بیشتر قوس الکتریکی از مزایای EWTH می باشد.
بهترین نوع الکترود تنگستن برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم، EWZR میباشد که دارای ویژگی های بهتری نسبت به سایر الکترودهای تنگستنی است.
الکترودهای تنگستن معمولاً در قطرهای 25/0 تا 35/6 میلیمتر و طولهای ۷۶ تا ۶۱۰ میلیمتر ساخته میشوند. در جوشکاری TIG انتخاب صحیح قطر الکترود، بستگی کامل به شدت جریان و نوع جریان الکتریکی (AC or DC) خواهد داشت.
گاز خنثی در هنگام جوشکاری، هوا را از ناحیه جوش بیرون رانده و از اکسیدشدن الکترود جلوگیری میکند. در این فرایند، الکترود فقط برای ایجاد قوس الکتریکی کاربرد دارد و نقش فلز پرکننده (Filler metal) به عهدهی سیم جوش است.
با تماشای این ویدئو بیشتر با الکترود تنگستنی آشنا خواهید شد.
2. 6 معیارهای طبقه بندی انواع الکترود
روش های مختلفی برای دسته بندی الکترودها وجود دارند. که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.
معیارهای طبقه بندی انواع الکترود | |
الکترود با مفتول فولاد زنگ نزن الکترود با مفتول فولاد کم کربن الکترود با مفتول نیکلی الکترود جوشکاری با مفتول آلومینیومی | جنس مفتول مغزی |
الکترود جوشکاری با پوشش قلیایی الکترود رتیلی الکترود جوشکاری رتیلی با پودر آهن الکترود سلولوزی | جنس روکش الکترود |
الکترود جوشکاری با روکش نازک الکترود جوشکاری با روکش متوسط الکترود جوشکاری با روکش ضخیم الکترود جوشکاری با روکش بسیار ضخیم | ضخامت روکش الکترود |
الکترود انجماد سریع (Fast Freezing Electrode) الکترود انجماد پرشده (Fill Freeze Electrode) الکترود چسبان سریع (Fast Fit Electrode) الکترود کم هیدروژن (Low Hydrogen Electrode) | روش تولید الکترود |
2. 7 تفاوت الکترودهای جوشکاری از نظر روش تولید
در جدول زیر با انواع الکترودها از نظر روش تولید آشنا میشوید.
تفاوت خواص الکترودها با روش تولید متفاوت
نوع الکترود | خواص الکترود | نمونه الکترود |
الکترود انجماد سریع | تشکیل قوس قوی و پایدار تولید سربارهی بسیار کم مجاز در تمام وضعیت های جوشکاری | E6010 E6011 |
الکترود انجماد پرشده | دارای روکش سنگین امکان ایجاد دانه هایی با ترکیب یکنواخت توانایی خارج کردن سرباره | E6012 E6013 E7014 |
الکترود چسبان سریع | دارای روکش بسیار سنگین بر روی مفتول مغزی نرخ رسوبگذاری بسیار سریع | E6027 E6028 |
الکترود کم هیدروژن | مقادیر بسیار کم هیدروژن مناسب جوشکاری فولادهای پرکربن | E7018 E7028 |
2. 8 روش شناسایی الکترودهای روپوشدار
کارخانجات سازنده الکترود موظف به درج اطلاعات مشخصی بر روی بسته بندی الکترودها هستند. نامگذاری الکترودها بر اساس استانداردهای بین المللی انجام شده است. AWS یک استاندارد بین المللی است و در اکثر کشورها از جمله ایران، به عنوان ملاک شناسایی الکترودها شناخته میشود.
نامگذاری الکترودها بر اساس استاندارد انجمن جوشکاری امریکا (American Welding Society/AWS) به صورت زیر می باشد.
2. 9 پرکاربردترین الکترودهای روکشدار
الکترودهای پرکاربرد در جوشکاری عبارتند از:
نام الکترود | جنس روکش | موارد کاربرد | |
E6013 | سلولزی | در اغلب کارهای آهنگری معروف به الکترودجوشکاری همه کاره | |
E7018 | قلیایی | در اتصالات از پیش تایید شده (لرزه ای) و در کشتی سازی و تولید لولههای فشار بالا | |
E6010 | نفوذی | با قوس نفوذی که در لولههای فشار بالا و مخازن تحت فشار |
اگر مایلید با نحوه تولید الکترودهای روکشدار آشنا شوید، حتماً این ویدئو را تماشا نمایید:
- رابطه ضخامت الکترود جوشکاری و شدت جریان الکتریکی چیست؟
شدت جریان مورد نیاز جوشکاری تقریباً نسبت مستقیم با ضخامت قطعهکار دارد. ضخامت الکترود جوشکاری نیز متناسب با ضخامت فلز پایه تعیین میشود. کارخانهی سازنده اطلاعات لازم برای انتخاب دستگاه جوشکاری و شدت جریان مناسب را روی بستهی الکترود درج مینماید.
2. 10 منظور از سیم جوش چیست؟
همانطور که گفته شد، در برخی روش های جوشکاری قوس الکتریکی از قبیل GMAW، FCAW و SAW، الکترود فاقد روکش خارجی است. اصطلاحاً به این الکترودهای بدون روکش، سیم جوش گفته میشود. در واقع سیمجوش نوع دیگری از مواد پر کننده (Filler) مصرفی پرکاربرد، در فرایندهای جوشکاری است.
ترکیبات شیمیایی سیم جوش ها خواصی مشابه و سازگار با فلز پایه دارند. سیم جوش های مسی به دلیل هدایت الکتریکی بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون و طول عمر بیشتر در فرایند جوشکاری آلیاژهای مسی و نیکل کاربرد دارند. اما نیازمند مراقبت های ویژه در سامانه تغذیه می باشند، زیرا وجود عدم تطابق و ناهمراستایی، موجب سایش در پوشش مسی و کاهش کیفیت جوشکاری میگردد.
سیم جوش ها که عموماً به صورت کلاف هستند، وظیفه تغذیه مستمر حوضچه جوش را از طریق یک تزریق کننده خودکار (Automatic Feeder) برعهده دارند.
سیم جوش ها در انواع و اندازه های مختلف برای جوشکاری فلزات آهنی و غیرآهنی تولید می شوند. انواع سیم جوش ها عبارتنداز:
- سیم جوش های توپر (Solid Wires)
- سیم جوش های توپودری (Cored Wires)
مزایای استفاده از سیمجوش در فرایندهای جوشکاری عبارتنداز:
- کاهش نیاز به اپراتور جوشکاری متخصص
- افزایش سرعت انجام جوشکاری
- نرخ رسوبگذاری بالا
- امکان نفوذ عمیق در ریشه جوش
- امکان جوشکاری ورقهای نازک
- کاهش عیوب جوش مانند تخلخل به دلیل وجود مواد دیاکسیدکننده در ترکیب سیمجوش
- کاهش نیاز به تمیزکاری سطح اتصال
2. 10. 1 کاربردهای سیم جوش چیست؟
سیم جوش ها به دلیل مزایای فراوان، کاربرد وسیعی در صنعت جوشکاری دارند. از جمله مهمترین کاربردهای سیم جوش عبارتنداز:
- صنعت ساخت تجهیزات ثابت از جمله ساخت مخازن تحت فشار و مبدل های حرارتی (فولادهای ساده کربنی، فولادهای کم آلیاژ و فولادهای آلیاژی)
- صنعت خودروسازی
- صنایع حمل و نقل
2. 10. 2 ویژگی سیم جوش زیرپودری چیست؟
این سیم جوش ها با قطرهای مختلف و با ترکیبات شیمیایی مختلف تولید میشوند. ترکیب شیمیائی سیم جوش به عواملی از قبیل خواص مکانیکی و نوع پودرجوشکاری، جنس و خواص مکانیکی فلز پایه و ترکیب شیمیایی فلز جوش بستگی دارد.
جهت بهبود خاصیت هدایت الکتریکی و افزایش مقاومت در برابرخوردگی سیم جوش، لایه ی نازکی از جنس مس روی آن پوشیده می شود. در برخی موارد، سیم جوش از تجمیع چند الکترود بدون روکش نازک تشکیل شده است. در این صورت به دلیل افزایش نرخ رسوب گذاری، میزان عمق نفوذ و چگالی جریان جوش افزایش یافته و خط جوش باریکی با کیفیت مناسب ایجاد میشود.
در ترکیب شمیایی اکثر سیم جوش ها مقادیر مشخصی از مس، گوگرد، فسفر، تیتانیوم و آلومینیوم و سایر عناصر وجود دارد.
2. 10. 3 انواع سیم جوش برای جوشکاری آلیاژهای غیرآهنی (Non-ferrous metal)
سیم جوش مسی کاربرد وسیعی در اتصال لولههای مسی با فرایند جوشکاری گاز در صنایع مختلف فلزی از قبیل ساخت کمپرسور، اواپراتور، کندانسور و شیرآلات است. سیمجوش مسی از نوع مصرفشدنی و به صورت مفتولی، تسمهای، رینگی و پولکی تولید می شوند.
برای اتصال قطعات مسی به یکدیگر ممکن است درصدی فلز نقره در ترکیب سیمجوش، استفاده شود. این میزان بستگی به فشار درون مدار و میزان ارتعاش تجهیزات دارد.
سیم جوش مسی با درصدهای متفاوت برای اتصال مس به آهن و آلومینیوم و اتصال مس به فلز برنج نیز کاربرد دارد. جهت اتصال فلزات برنجی باید از سیمجوش برنجی استفاده شود. آلیاژ سیم جوش برنجی به طور ویژه در اتصالاتی که امکان انطباق نزدیک وجود ندارد استفاده میشود. این آلیاژ میتواند فضای زیاد بین اتصالی را پرکند. معمولاً در صنایع ساخت محصولات سردخانه ای کاربرد دارند.
با تماشای این ویدئو با کاربرد سیم جوش و الکترود روکشدار در فرایندهای جوشکاری آشنا خواهید شد:
2. 10. 4 پودرهای جوشکاری (Flux) چیست؟
فرایند جوشکاری زیرپودری، از اواسط دهه 1930 میلادی گسترش یافت. پودرهای جوشکاری وظیفه محافظت از حوضچه جوش را دارند. در ترکیبات شیمیایی پودرجوش، آلومینا سیلیکات منیزیم، کلسیم و منگنز وجود دارد. متناسب با نوع فلز پایه و کیفیت مورد نظر، ترکیب پودر جوشکاری تغییر میکند. در برخی پودرها به منظور بهبود خواص و افزایش شکل ظاهری گردهی جوش، درصد منگنز موجود در ترکیبات شیمیایی اصلاح شده است. وجود درصد بالاتر مواد قلیایی مانند CaF2، CaO باعث بهبود کیفیت خواص مکانیکی جوش میشود. افزودن تیتانیوم به ترکیبات شیمیایی پودر، موجب پایداری بیشتر قوس الکتریکی میشود. اکسید فلزات خاص ظاهر جوش را در فولادهای آلیاژی بهبود میدهند.
پودر جوشکاری نقش مهمی در فرایند جوشکاری و استحکام اتصال جوشی دارد.
انواع پودرهای جوشکاری زیرپودری عبارتنداز:
- پودرهای ترکیب شده
- پودرهای چسبیده شده
- پودرهای آگلومره
2. 10. 4. 1ویژگی پودرهای ترکیبشده
مراحل تولید پودرهای مخصوص جوشکاری زیرپودری ترکیب شده، عبارتند از:
- اختلاط مواد خام خشک با یکدیگر
- ذوب شدن مواد در یک کوره الکتریکی
- انجماد از طریق پاشیدن آب سرد یا ریختن روی صفحه سرد
مزایای پودرهای مخصوص جوشکاری زیرپودری ترکیب شده، عبارتنداز:
- مناسب جوشکاریهای سریع
- توزیع ترکیب شیمیائی یکنواخت
- امکان تفکیک خاکه بدون تغییر در ترکیب شیمیایی
- امکان ذخیرهسازی و نگهداری آسان به دلیل عدم جذب رطوبت
- امکان چندین بار استفاده از پودرهای ذوبنشده بدون تغییرات کلی در ساختار آن
تنها نقص پودرهای جوشکاری زیرپودری ترکیب شده، عدم امکان افزودن مواد اکسیدزدا و فروآلیاژها به علت دمای انحلال بالای آنها میباشد.
برخی انواع پودرهای ترکیبشده از قبیل انواع سیلیکاتکلسیم اصلاحشده را میتوان برای جوشکاری با شدت جریان الکتریکی تا 2000 آمپر نیز استفاده کرد.
2. 10. 4. 2 ویژگی پودرهای چسبیدهشده
مراحل تولید پودرهای مخصوص جوشکاری زیرپودری چسبیدهشده، عبارتنداز:
- آسیاب مواد خام
- اختلاط مواد خشک
- افزودن سیلیکات پتاسیم یا سیلیکات سدیم برای چسبیدن مواد بهیکدیگر
- خشک شدن مواد
- خردشدن گلولههای مواد بههم چسبیده در فرایند مکانیکی
- دانهبندی مواد خردشده
مزایای پودرهای مخصوص جوشکاری زیرپودری چسبیدهشده، عبارتنداز:
- فرایند تولید پودر در دمای پایین
- قابلیت افزودن مواد اکسیدزدا و فروآلیاژها به ترکیبات پایه
- امکان استفاده از لایهی ضخیمتر پودر روی منطقهی جوش به دلیل چگالی پایین پودر
- جداسازی راحت سربارهی جوش پس از انجماد
عیب پودرهای جوشکاری زیرپودری چسبیدهشده، عدم امکان تفکیک خاکه بدون تغییر در ترکیب شیمیایی و حساسیت بالا به جذب رطوبت پودر میباشد.
پودرهای چسبیدهشده، معمولاً در فرایندهای جوشکاری با شدت جریان الکتریکی کم (حداکثر بین 800 تا 1000 آمپر) کاربرد دارند. از آنجا که دانهبندی ذرات پودر به شدت جریان، چندان بستگی ندارد، معمولاً ذرات پودر دارای دانهبندی یکسان هستند.
2. 10. 4. 3 ویژگی پودرهای جوشکاری آگلومره
فرایند تولید این نوع پودرها مشابه تولید پودرهای چسبیده است با این تفاوت که در این حالت، از الک سرامیکی جهت دانهبندی استفاده میشود. معیار دانهبندی پودرهای آگلومره، شدت جریان مورد استفاده در جوشکاری است. زیرا میزان مصرف پودر در فرایند جوشکاری کاملاً تحت تأثیر شدت جریان است. در جوشکاریهای با شدت جریان الکتریکی بیشتر از 1500 آمپر، باید از درصد ذرات ریز بیشتری در تولید پودر آگلومره استفاده شود.
افزودن مواد فروآلیاژ و اکسیدزدا، به علت دمای عملآوری (Curing) بالای الک (1400 درجه سانتیگراد) محدودیت دارد.
از ویژگیهای پودر جوشکاری به موارد زیر میتوان اشاره نمود:
- پاکسازی سطح فلزپایه در زمان جوشکاری
- جلوگیری از اکسید شدن فلزپایه و ماده پرکننده(سیم جوش)
- ایجاد اتصال بهتر از طریق کاهش تنشهای سطحی سیمجوش ذوبشده
- کمک به جریان آسان سیمجوش مسی ذوبشده روی قطعهکار
- امکان استفاده در فرایندهای جوشکاری در دمای بالا و پایین
3. انواع تجهیزات تخصصی فرایندهای جوشکاری
همانطور که گفته شد، هر فرایند جوشکاری نیازمند تجهیزاتی است که باید طبق دستورالعمل مخصوص بهکار گرفته شود تا اتصال جوشی با کیفیت مطلوب حاصل گردد. در ادامه شما را با تجهیزات فرایندهای مختلف جوشکاری آشنا خواهیم نمود.
3. 1 تجهیزات مورد نیاز جوشکاری با الکترود دستی روپوشدار (SMAW)
برای این فرایند جوشکاری نیازمند یک منبع تغذیه ی جریان الکتریکی، الکترود روکشدار متناسب با فلز پایه، میز و پایه ی نگهدارنده و تجهیزات ایمنی فردی می باشیم. به طور کلی مراحل اجرای جوشکاری دستی به صورت زیر میباشد:
مرحله اول: آماده سازی تجهیزات جوشکاری
مرحله دوم: اجرای جوش با الکترود
مرحله سوم: پاکسازی سطح جوش سردشده از سرباره
3. 2 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستن(GTAW/TIG)
در فرآیند جوشکاری TIG، بین الکترود تنگستن ثابت و فلز پایه، قوس الکتریکی برقرار میشود و به طور همزمان توسط یک گاز خنثی (اکثراً آرگون) از اکسیداسیون مذاب و الکترود محافظت میشود. یک مفتول آلومینیومی (فلز پر کننده) توسط اپراتور و به صورت دستی به ناحیه ی مذاب تغذیه میشود.
برای جوشکاری ورقههای فولادی با ضخامتهای ۱ تا ۶ میلی متر، از جریان مستقیم (DC) و برای جوشکاری آلومینیوم از جریان متناوب (AC) استفاده میشود.
برای انجام این جوشکاری به یک دستگاه اینورتر به عنوان منبع تغذیه، الکترود تنگستن مناسب، سیلندر گاز محافظ خنثی، مشعل (Torch) مخصوص و تجهیزات ایمنی فردی نیاز است. مولدهای جریان برق مستقیم و متناوب در این فرایند ضروری است. وظیفه ی مشعل جوش، انتقال جریان برق به الکترود تنگستن و گاز محافظ در محدودهی حوضچهی مذاب است. مشعلها به وسیلهی هوا یا در فرایندهای طولانیتر و مهمتر به وسیله آب خنک میشوند. عموماً در فرایند جوشکاری با گاز آرگون، وجود یک گاز خنثی مانند آرگون برای محافظت از حوضچهی مذاب ایجاد شده در قوس الکتریکی ضروری است. این گاز باعث میشود ترکیبات موجود در حوضچهی مذاب با مولکولهای هوا ترکیب نشوند و جوشکاری به درستی اجرا شود.
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری TIG آشنا خواهید شد.
3. 3 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستن(GTAW/ MIG)
در این فرآیند یک سیمجوش از نوع کلاف به عنوان الکترود مصرفی و فلز پرکننده به طور مستمر به حوضچه ی جوش تغذیه می شود. قوس الکتریکی با جریان مستقیم و قطبیت معکوس ایجاد میشود. جوشکاری MIG برای ورقهای فولادی با ضخامتهای بیشاز ۴ میلیمتر مناسب است. با استفاده از جریان مستقیم، امکان جوشکاری ورقهای تا ضخامت ۱ میلیمتر نیز وجود دارد، اما در این حالت باید از جریان پالسی استفاده نمود. حالت دستی جوشکاری MIG بهعنوان جوشکاری نیمه اتوماتیک شناخته میشود. فرایند جوشکاری MIG سریعتر از جوشکاری TIG میباشد. این روش، تجهیزاتی مشابه روش TIG دارد با این تفاوت که به جای الکترود تنگستن، از سیم جوش مصرفی استفاده میشود.
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری MIG آشنا خواهید شد.
10. 4 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری زیر پودری (SAW)
جوشکاری زیر پودری (جوشکاری با قوس مخفی) یکی از فرایندهای قوس الکتریکی است که در آن قوس الکتریکی از طریق نوک الکترودی تشکیل میشود که در زیر یک پودر مخصوص حاوی مواد معدنی ویژه در امتداد مسیر جوشکاری در حرکت است.
عموماً سیم جوش از نوع فولاد کم کربن با ترکیب شیمیایی خاص است که روی یک قرقره یا بشکه پیچیده شده است. سیم جوش در منطقه ی جوش، ذوب شده و در طول اتصال رسوب میکند. پودر دانهای جلوی قوس الکتریکی ریخته شده و پس از انجماد فلز جوش، پودرهای ذوب نشده توسط سیستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شوند.
دستگاههای مورد نیاز این فرایند جوشکاری بر حسب خودکار، نیمه خودکار یا ماشینی بودن، انواع و قیمتهای متفاوتی دارند. اما به طور کلی در فرایند جوشکاری زیر پودری (SAW) به پودرهای مخصوص جوشکاری زیرپودری، سیم الکترود و منبع تغذیه (موتور ژنراتور یا ترانسفورماتور) نیاز است.
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری SAW آشنا خواهید شد.
3. 5 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری پلاسما (PAW)
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری پلاسما (PAW) آشنا خواهید شد.
3. 6 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری کربن (Carbon Arc Welding/CAW)
همانطور که در مقاله ی قبل گفتیم، الکترود کربنی به دو حالت قابل استفاده می باشد. حالت اول، تشکیل قوس الکتریکی بین دو الکترود کربنی (TCAW) و حالت دوم، استفاده از الکترود کربنی در فرایند جوشکاری با گاز (CAW-G) میباشد.
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری کربن (Gas carbon arc welding /CAW-G) آشنا خواهید شد.
3. 7 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری با گاز (Oxy-Fuel Welding/OFW)
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری (Oxy-Fuel Welding/OFW) آشنا خواهید شد.
3. 8 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری گلمیخ (Stud Welding)
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری گلمیخ (Stud Welding) آشنا خواهید شد.
3. 9 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری مقاومتی نقطهای (Resistance Spot Welding/RSW)
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری مقاومتی نقطهای (Resistance Spot Welding/RSW) آشنا خواهید شد.
3. 10 تجهیزات مورد نیاز فرایند جوشکاری احتراقی (Cad Welding)
با مشاهده ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری Cad Welding آشنا خواهید شد.
3. 11 سایر تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری
علاوه بر موارد گفته شده، برخی تجهیزات به صورت عمومی در هنگام جوشکاری مورد نیاز میباشند که در ادامه با برخی از آنها بیشتر آشنا خواهیم شد.
چکش جوش (Chipping Hummer)
بهمنظور جداسازی سرباره (گلجوشکاری) از سطح جوش منجمدشده و جرقههای پاشیدهشده به اطراف جوش از چکش مخصوص جوشکاری استفاده میشود که از جنسی بسیارسخت و با دو انتهای تبری و مخروطیشکل ساخته شده است.
سنگفرز (hacksaw)
بهمنظور آمادهسازی لبههای قطعات فلزی، حذف زائدهها و فرمدادن به انتهای الکترودهای غیرمصرفی از سنگفرز استفاده میشود. دستگاه سنگفرز از منبع برق شهری (220 ولت) تغذیه میگردد. قبل از انجام کار با دستگاه، باید سالمبودن و اتصال صحیح تیغهیسنگ، عدم اتصالی دستگاه و سلامت کابل رابط برق دستگاه کنترل گردد.
برس سیمی (Wire Brush)
جهت پاککردن گردوغبار و زنگ از روی قطعاتکار، از برس سیمی استفاده میشود. جنس برسسیمی برای جلوگیری از فرسودگی از فولاد ضد زنگ و مقاومت در برابر سایش از نوع فولاد زنگنزن (Stainless Steel) میباشد.
انبرهای جوشکاری (Electrode Holder & Earth Clamp)
برای قرارگرفتن الکترود و اجرای جوشکاری از انبر جوشکاری استفاده میشود. به دلیل عبور جریان الکتریکی، روی انبرها را با عایق بسیار قوی مانند لاستیک، فیبرفشرده و یا کائوچو میپوشانند. انبرهای برای اتصال به میزکار دارای یک گیرهی محکم میباشند.
گرمکن دستی (Heater)
وسیلهای برای پیشگرمایش درزهای قطعات قبل از جوشکاری، خصوصاً در ایام سرد، میباشد. براساس دستورالعملهای جوشکاری از گرمکن دستی استفاده میگردد.
کابلهای جوشکاری (Welding Cables)
کابلهای جوشکاری از نوع افشان با روکش عایق بسیار قوی و سبک و از جنس سیم آلومینیوم میباشند. یکی از کابلها کابل انبر و دیگری کابل اتصال آهن نام دارد. اتصال کابلها به دستگاه جوشکاری توسط کفشکابل (کابلشو) صورت میگیرد. برای جلوگیری از داغشدن کابل، باید اتصال کابل به کابلشو حتماً سفت و بدون لقی انجام شود. بهمنظور افزایش طول کابلها از اتصالات مخصوص استفاده میگردد.
برای شناخت کابل های جوشکاری این ویدئو را تماشا نمائید.
منابع:
- Durst, R., Baumner, A., Murray, R., Buck, R., & Andrieux, C., “Chemically modified electrodes: Recommended terminology and definitions.
- Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles Revised Edition. Cambridge University Press. pp. 81–. ISBN978-0-521-82351-7. Retrieved 18 February 2015
- (American Welding Society, Welding Handbook, Vol 2 (9th ed
- Flux Cored Welding.” Welding Procedures & Techniques. 23 June 2006. American Metallurgical Consultants. 13 Sep 2006.
- -Inverter Based Welding Power Supplies for Welding Aluminum by Frank G. Armao, The Lincoln Electric Company (Lincoln Electric tutorial on inverter-based welding machines)
- Cary, Howard B.; Helzer, Scott C. (2005), Modern Welding Technology, Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, ISBN 978-0-13-113029-6
- Weman, Klas (2003), Welding processes handbook, New York: CRC Press, ISBN 978-0-8493-1773-6
- Jeffus, Larry (1999), Welding: Principles and Applications (4th ed.), Albany, New York: Thomson Delmar, ISBN 978-0-8273-8240-4
- Rashid, Muhammad (13 January 2011). POWER ELECTRONICS HANDBOOK. Elsevier. pp. 153–. ISBN 9780123820372. Retrieved 29 November 2014.
- YB Li, ZQ Lin, SJ Hu, and GL Chen, “Numerical Analysis of Magnetic Fluid Dynamics Behaviors During Resistance Spot Welding”, J. Appl. Phys., 2007, 101(5), 053506
مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن
- 37
- 38
- 39
- بررسی تجهیزات جوشکاری مانند تجهیزات ایمنی به همراه 19 ویدئو کاربردی
- 41
- 42
- 43
مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!
- ارسال سوال برای تولید محتوا
سلام نویسنده مقاله بالا کیه ؟
پاسخ دهید
سلام مهندس جان وقت بخیر
نویسنده این مقاله خانم مهندس مرضیه سرتیپی و ناظر جناب مهندس حمزه تاش هستن
منابع این مقاله هم در پایین صفحه ذکر شده است
پاسخ دهید