بررسی انواع روش جوشکاری مانند جوشکاری ذوبی و زیر آبی به همراه 25 ویدئو رایگان

تجربه زلزله های گذشته حاکی از آن است که اگر طراحی و اجرای اتصالات اعضای فولادی به درستی انجام شود، قطعا عملکرد سازه های فولادی در هنگام زلزله قابل توجه خواهد بود. در این میان اثر انواع روش جوشکاری در طراحی اتصالات مانند اثر جوشکاری آرگون، جوشکاری قوس الکتریکی، جوشکاری پلاسما و … در طراحی اتصالات مورد توجه طراحان سازه قرار گرفته است.

در این مقاله جامع با کمک 25 ویدئو کاربردی و رایگان تمام تلاش خود را کرده ایم تا شما را با انواع روش جوشکاری و کاربرد آن آشنا کنیم.

 

 

1. تعاریف جوشکاری

• مفهوم جوشکاری (Welding) چیست؟

بر اساس علم مقاومت مصالح، برای اتصال اعضای مختلف به یکدیگر، متناسب با جنس مصالح پایه (قطعات متصل شونده) و رفتار آن‌ها، باید از نوعی ماده چسباننده هماهنگ و متناسب استفاده نمود که قادر به انتقال کامل نیروها بین قطعات متصل شونده و حفظ ساختار اصلی اتصال باشد.

زمانی که از مواد مهندسی در علوم مهندسی و مقاومت مصالح صحبت می کنیم منظور ما فلزات، سرامیک، پلیمر، کامپوزیت و.. می‌باشد. بنابراین می‌توان گفت عملیات جوشکاری روشی برای ایجاد اتصال دائمی مواد مهندسی به یکدیگر است به‌ طوری‌ که خواص ناحیه‌ی اتصال با خواص قطعات پایه متصل شونده هماهنگ بوده و مانند پلی قوی، قادر به انتقال کامل نیروها بین قطعات متصل شونده می باشد.

در حالت ایده­ آل، محل اتصال با جوش نباید قابل‌ تشخیص از قطعات متصل شده باشد که البته اجرایی نیست، اما با کنترل شرایط و فرایند جوشکاری، امکان افزایش کیفیت اتصال در حد انتظار وجود دارد. روش های مختلفی برای اتصال قطعات فلزی وجود دارد که متناسب با نوع قطعه و رفتاری که از اتصال فولادی انتظار می­رود، از آن­ها استفاده می کنیم.

 

 

 

اگر می‌خواهید با علائم جوشکاری نیز بیشتر آشنایی پیدا کنید، پیشنهاد می‌کنیم ورکشاپ علائم جوشکاری را از دست ندهید.

• تاریخچه فرآیند جوشکاری

از زمانی که بشر توانست آهن را از سنگ معدنی استخراج نمایند، فهمید که با گداختن آهن و ضربه زدن بر آهن خمیری و سرد کردن آن می‌توان قطعات مختلف را به هم متصل نماید. به‌ مرور با سعی و خطا فرایند ریخته‌گری و آهنگری توسعه یافت. اولین بار در سال ۱۸۵۶ فردی به نام ژول ایده‌ی جوشکاری مقاومتی را ابداع نمود. در سال 1876 میلادی، الیهو تامسون از جوشکاری مقاومتی استفاده کرد. در سال  ۱۸۸۱ میلادی شخصی به نام موسیان، برای ذوب فلزات از قوس کربنی استفاده نمود. در سال ۱۸۹۵ میلادی، لوشاتلیه جوشکاری گازی با اکسی‌استیلن را کشف و معرفی نمود. اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به‌کار گرفت. فرایند جوشکاری قوس الکتریکی، ابتدا با الکترود ذغالی و سپس با الکترود فلزی بدون روپوش، انجام می­شد. پس از کشف الکترود روپوش دار در سال 1905 میلادی، به دلیل سهولت شروع جوشکاری، بهبود پایداری قوس و کیفیت جوش حاصل، استفاده از این نوع الکترودها گسترش یافت. در جریان جنگ‌های جهانی اول و دوم، جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. نیاز جوامع به ‌اتصالات نوین، سبک، مستحکم و مقاوم موجب گسترش سریع این تکنولوژی شده ‌است.

تاکنون، مطالعات مختلف فراوانی توسط انجمن‌های جوشکاری ازجمله انجمن جوشکاری آمریکا (AWS) انجام‌شده و انجمن مهندسین آمریکا (ASME) استانداردهای مختلفی را در این زمینه ارائه نموده است. در کشورهای مختلف مانند روسیه، ژاپن، کانادا و … از تکنولوژی جوش پیشرفته بر اساس استانداردهای مخصوص استفاده می‌گردد.

 

1. 1 انواع فرآیندهای جوشکاری

فرایندهای جوشکاری بر اساس معیارهای متنوعی قابل دسته‌بندی است. در ادامه با انواع روش جوشکاری به‌ صورت مرحله‌ای آشنا خواهیم شد.

عملیات جوشکاری به دو صورت کلی دسته‌بندی می‌شود:

• جوشکاری ذوبی (Fusion Welding)
• جوشکاری حالت‌ جامد (Solid State Welding)

هر یک از این روش‌ها، شامل انواع فرایندهای جوشکاری هستند که متناسب با نیاز پروژه، می‌توان از آن‌ها استفاده نمود. در ادامه با انواع روش جوشکاری آشنا خواهیم شد.

 

1. 1. 1 فرآیند جوشکاری ذوبی چیست؟ (Fusion Welding/FW)

در برخی منابع، این فرایند جوشکاری با نام (Non-Pressure Welding) نیز شناخته‌ شده است. اصول کار این روش، رساندن لبه‌های محل اتصال فلز پایه به نقطه ذوب است. دو قطعه در حالت مذاب و در فاز مولکولی بین با یکدیگر ادغام‌شده و پس از سرد شدن و انجماد به‌ صورت یک سطح همگن از نظر متالوژی درمی‌آیند. در صورت لزوم متناسب با شرایط، ممکن است برای پر کردن فاصله میان قطعات اتصال، از یک ماده ­ی پرکننده (Filler) نیز استفاده گردد. این ماده همراه فلز پایه ذوب‌شده و پس‌ از انجماد به‌ صورت سرباره روی سطح جوش قرار می‌گیرد. در اکثر روش‌های ذوبی، برای ایجاد اتصال قوی و دائمی بین قطعات فلزی، نیازی به اعمال فشار خارجی نیست.

انواع  روش‌های جوشکاری ذوبی عبارت‌اند از:

• جوشکاری قوس الکتریکی (AW)
• جوشکاری مقاومتی (RW)
• جوشکاری ترمیت یا احتراقی (THW)
• جوشکاری با گاز محافظ (GW)
• جوشکاری با اشعه الکترونی (EW)
• جوشکاری با لیزر (LW)

 

1. 1. 2 جوشکاری حالت‌ جامد (Solid State Welding/SSW)

اساس کار این روش جوشکاری، ایجاد اتصال بین قطعات فلزی از طریق اعمال فشار خارجی، بدون رساندن فلز پایه به نقطه ذوب است. در اکثر روش‌های جوشکاری غیر ذوبی، فقط تا جایی به فلز پایه حرارت داده می‌شود که به حالت پلاستیسیته برسد. حتی بعضی از روش‌ها در دمای محیط صورت می‌گیرد.حتماً باید دو سطح فلزی اتصال، تمیز و عاری از هرگونه ناخالصی باشند.

انواع روش جوشکاری حالت‌ جامد (غیر ذوبی) عبارت‌اند از:

• جوشکاری نفوذی (Diffusion welding/DFW)
• جوشکاری اصطکاکی (Friction welding/FRW)
• جوشکاری با امواج مافوق صوت (Ultrasonic welding/USW)
• جوشکاری سرد (Cold Welding)
• جوشکاری فورجینگ (Forge welding)
• جوشکاری انفجاری (Explosion welding/EXW)

 

 

 

 

 

 

1. 2 الزامات عمومی فرآیندهای جوشکاری

اغلب روش‌ های جوشکاری رایج مراحل زیر را طی می‌کنند:

• تأمین انرژی لازم برای جوشکاری
• حذف آلودگی‌ها از سطح جوش
• محافظت سطح جوش در هنگام جوشکاری
• خواص متالورژیکی جوش و کنترل­ های لازم

 

روش تأمین حرارت لازم برای جوشکاری چیست؟

تمام فرآیندهای جوشکاری ذوبی و بیشتر فرآیندهای جوشکاری حالت‌جامد به حرارت نیاز دارند. بر اساس نوع منبع تأمین حرارت لازم برای ذوب کردن فلز پایه، روش‌های جوشکاری مختلفی توسعه‌یافته است. که این روش های تامین حرارت عبارتند از:

• قوس الکتریکی
• مقاومت الکتریکی
• احتراق ناشی از ترکیب اکسیژن با سوخت‌های گازی، مایع یا جامد
• واکنش شیمیایی
• اصطکاک
• الکترون
• نور

2. انواع روش جوشکاری ذوبی (Fusion Welding/FW)

• جوشکاری با فرایند قوس الکتریکی

همان‌طور که گفته شد، این روش، از نوع جوشکاری ذوبی است. جهت تأمین حرارت لازم برای ایجاد حوضچه مذاب، از قوس الکتریکی استفاده می‌شود.

در این روش، لبه‌ های قطعات فولادی (دو قطب جریان) در فاصله نزدیکی از هم قرار می‌گیرند. به علت فشار الکتریکی، اختلاف‌ پتانسیل و شدت‌ جریان بالا، گاز (هوای) میان شکاف قطعات، یونیزه می‌گردد. گازهای یونیزه شده، دارای یون‌های مثبت و الکترون آزاد هستند و هادی جریان الکتریسیته می‌باشند. الکترون‌ها بین قطب ­های متضاد، به‌سرعت پرش کرده و جرقه‌های اولیه ایجاد می‌شود. این انتقال سریع الکترون‌ها، موجب گرم شدن نوک الکترود شده و الکترون‌های آزاد درون الکترود تمایل به خروج می‌یابند. مبادله سریع یون‌ها و الکترون‌ها بین قطب ­های مخالف در قوس و برخورد الکترون‌ها با اتم‌های گاز موجود بین دو قطب جریان، موجب افزایش یونیزاسیون و پایداری قوس می‌گردد.

تشکیل قوس الکتریکی، به علت فرایند یونیزه شدن فاصله هوایی بین الکترود و قطعه کار، نیازمند ولتاژ اولیه بالا هست ولی پایداری قوس با ولتاژ کمتری عملی است. طول قوس الکتریکی، حدود 60 تا 70 درصد قطر الکترود مصرفی است. تقریباً 90 درصد از قطرات مذاب جداشده از الکترود به حوضچه مذاب وارد می‌گردد و 10 درصد دیگر به اطراف پاشیده می‌شود.

 

 

انواع روش جوشکاری قوس الکتریکی کدم‌اند؟

انواع روش جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

1. جوشکاری با الکترود دستی روپوش دار(SMAW)
2. جوشکاری زیر پودری (SAW)
3. جوشکاری تو پودری ((FCAW
4. جوشکاری با گاز محافظ (GMAW:MIG/MAG)
5. جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستن (GTAW/TIG)
6. جوشکاری پلاسما ( PAW)
7. جوشکاری کربن (Carbon Arc Welding/CAW)
8. جوش گل­میخ (Stud Welding)

 

چگونه می‌توان قوس الکتریکی تشکیل داد؟

به روش‌های زیر قوس الکتریکی ایجاد می‌شود:

• تماس دو قطب جریان به هم (نوک زدن)
• استفاده از ولتاژ و فرکانس بالا (High Frequence)
• دور کردن تورچ (مشعل) از قطعه کار (Lift Arc)
• استفاده از واسطۀ بین الکترود و قطعه کار

 

چه جریان برقی مناسب جوشکاری قوسی است؟

در جوشکاری‌ قوس الکتریکی، هر دو نوع جریان AC  و DC  قابل‌ استفاده است. در برخی موارد فقط یک نوع جریان جوابگوی جوشکاری است که عوامل مؤثر بر جریان الکتریسیته عبارت‌اند از:

• شدت‌جریان
• فشار الکتریکی
• مقاومت الکتریکی (مسیر عبور جریان)

مولدهای برق برای جوش قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

• دینامیکی یا متحرک
• استاتیکی یا ثابت

 

 

2. 1 جوشکاری قوسی با الکترود روپوش دار (Stick Metal Arc Weld/SMAW)

این روش جوشکاری دستی (Manual)، در ایران، از ابتدا به نام جوشکاری برق شناخته‌ شده و هنوز هم رایج است. الکترود مورد استفاده، از نوع روپوش­ دار کوتاه (معمولاً 19 الی 49 سانتیمتر) معروف به الکترود قلمی، قدی یا شاخه‌ای است. بسته به نوع الکترود، دستگاه جوش موجود و جنس فلز پایه، یکی از قطب های مثبت و یا منفی دستگاه جوش به انبرنگهدارنده الکترود و قطب دیگر آن به قطعه کار وصل می‌شود.

تشکیل قوس الکتریکی از روش تماسی به یکی از روش‌های زیر صورت می‌گیرد.

• ابتدا الکترود را به سطح کار تماس داده و به‌ آرامی تا فاصله چند میلی‌متری از قطعه کار دور می‌کنند تا قوس الکتریکی ایجاد گردد.
• مانند نوک زدن پرندگان با الکترود به قطعه کار ضربه زده و جدا می‌نمایند، تا قوس الکتریکی ایجاد گردد.

 

 

 

  برای درک نحوه ­ی تشکیل قوس الکتریکی ویدئو زیر را تماشا کنید.

 

 

 

 

 

در این روش که یکی از انواع روش جوشکاری است، ولتاژ مدار باز (O.C.V) دستگاه جوش، حدود 80 تا 90 ولت است و در اثر شروع قوس الکتریکی و یونیزه شدن گازهای بین دو قطب، به نصف یا کمتر هم خواهد رسید. در این روش، محافظت از حوضچه مذاب ایجاد شده، بر عهده مذاب روپوش الکترود است.

منظور از ولتاژ مدار باز (Open Circute Voltage)، ولتاژ دو سرکابل­ های جوشکاری در زمانی است که دستگاه مولد برق روشن‌ شده، اما جوشکاری انجام نگردد.

اختلاف‌ پتانسیل و جریان الکتریکی مورد نیاز جوشکاری، از روش‌های زیر تأمین می‌گردد:

• استفاده از ترانسفورماتور
• استفاده از برق شهری یا برق صنعتی
• استفاده از ژنراتور (انرژی سوختی)

 

مزایای استفاده از جوشکاری با قوس الکتریکی و الکترود روپوش­دار چیست؟

امروزه جوشکاری با قوس الکتریکی و الکترود روپوش دار، در ساخت ساختمان های فولادی، پل های فلزی، کشتی‌سازی، سازه‌های دریایی، قالب‌های بتن و دریچه های سدها، دکل مخابرات، مخازن تحت‌فشار، جوشکاری لوله گاز و نفت و سایر تأسیسات نفتی و… کاربرد فراوان دارد.

مزایای استفاده از جوشکاری با قوس الکتریکی و الکترود روپوش دار عبارت‌اند از:

• حمل‌ونقل راحت
• امکان استفاده از کابل‌های بلندتر در صورت نیاز
• امکان استفاده از الکترودهای متنوع ازنظر آلیاژ در زمینه­ی ساخت و تعمیرات
• پایداری قوس و امکان جوشکاری در هوای آزاد و در ارتفاع

با مشاهده ­ی این ویدئو با  الکترودهای روکش ­دار و جوشکاری دستی بیشتر آشنا می­ شوید.

 

 

2. 2 جوشکاری زیر پودری  (Submerged Arc Welding / SAW )

روش ماشینی متداول جوشکاری ذوبی با قوس الکتریکی، جوشکاری زیر پودری (SAW) نام دارد که در آن، قوس الکتریکی تحت حفاظت نوعی پودر مخصوص (Flux) ایجاد می‌شود. سیم الکترود (فاقد پوشش) به‌طور خودکار و مداوم، از طریق یک سیستم مکانیکی، از میان لوله اتصال و پودر مخصوص محافظت، عبور کرده  و به سمت حوضچه جوش هدایت می‌گردد. در هنگام جوشکاری، بخشی از پودر، ذوب‌شده و به شکل سرباره بر روی جوش باقی می‌ماند که پس‌ازآنجماد از روی جوش جدا می‌شود. در این روش، تشکیل قوس الکتریکی از نوع تماسی هست.

جوشکاری زیر پودری، معمولاً با  شدت‌ جریان با آمپر نسبتاً بالا انجام می‌شود که موجب افزایش  نرخ رسوب و عمق نفوذ بیشتر در مقایسه با سایر روش‌های جوشکاری می‌گردد. در جوشکاری زیر پودری، حجم حوضچه جوش نسبتاً  زیاد بوده و فلز مذاب در آن هست، در نتیجه در مواردی که جوش از نوع نفوذ کامل مدنظر است، جهت جلوگیری از جاری شدن مذاب به پشت درز جوش، تکیه‌ گاه یا جوش پشتی (Backing Weld) مورد نیاز است. سیستم کار روش SAW، مشابه روش جوشکاری MAG است، با این تفاوت که پودر مخصوص (Flux) جایگزین گاز محافظ شده است.

برای درک بهتر جوشکاری زیر پودری فیلم زیر را حتما مشاهده کنید.

 

 

 

 

2. 3 جوشکاری قوسی توپودری (Flux Cored Arc Welding /FCAW)

یک روش ماشینی دیگر جوشکاری ذوبی با قوس الکتریکی، FCAW نام دارد که در آن، از نوعی سیم جوش توخالی ویژه حاوی پودر محافظ حوضچه مذاب استفاده می‌شود.

انواع سیم‌های مورداستفاده در این روش عبارت‌اند از:

• سیم­ های Tubular wire و یا Flux Cored Wire که حتماً نیاز به گاز محافظ خنثی، فعال و یا پودر جوش‌دارند.
• سیم‌هایInner Shielded Wire و یا Self Shielded wire که نیاز به استفاده از گاز محافظ کمکی ندارند.

در جوش زیر پودری باسیم ­های ­نوع دوم، گازهای کنترل اتمسفر که پس از برقراری قوس الکتریکی، از پودرهای مخصوص داخل سیم‌ها متصاعد می‌شوند، عامل اصلی محافظت از حوضچه جوش و قوس الکتریکی هست.

 

 

ویدئو زیر، درواقع یک فیلم جوشکاری توپودری است که پیشنهاد می کنم حتما آن را مشاهده کنید.

 

 

2. 4 جوشکاری با گاز (Oxy-Fuel Welding/OFW)

این روش جوشکاری ذوبی که یکی از انواع روش جوشکاری است، به جوشکاری گاز معروف است. زیرا فرایند جوشکاری بر پایه ترکیب اکسیژن با یک گاز سوختنی استوار است. عملیات ترکیب گازها در داخل تورچ صورت می‌گیرد. ممکن است از پودر محافظ (Flux) برای پاک‌سازی سطح فلزات از اکسیداسیون و محافظت حوضچه مذاب استفاده شود.

اغلب از گاز استیلن برای این نوع جوشکاری استفاده می‌شود. لذا این روش با عنوان (Gas Welding/Oxy-Acetylene Welding) نیز مشهور است. بر اساس شرایط کار ممکن است از گازهای دیگری نیز به‌ عنوان گاز سوختنی استفاده گردد که عبارت‌اند از:

• ترکیب هوا با استیلن (Air Acetylene Welding /AAW))
• ترکیب اکسیژن با هیدروژن (Oxy Hydrogen Welding /OHW)
• جوشکاری گاز تحت‌فشار (Pressure Gas Welding /PGW)

 

 

از مزایای جوشکاری با گاز می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• تجهیزات مورد نیاز ارزان‌تر از سایر روش‌های جوشکاری
• تجهیزات سبک و قابل‌حمل
• عدم نیاز به انرژی الکتریکی، قابل‌ استفاده در مواردی که به برق دسترسی نیست.
• تجهیزات چند منظوره و قابل‌ استفاده برای عملیات برشکاری، پیش‌گرمایش، پس‌گرمایش و صاف کردن لبه‌های فلزات
• قابلیت تنظیم شعله، حرارت ورودی، شکل و اندازه جرقه‌های جوشکاری توسط جوشکار

 

معایب روش جوشکاری با گاز عبارت‌اند از:

• سرعت جوشکاری پایین نسبت به سایر روش‌ها
• عدم امکان جوشکاری قطعات ضخیم و فلزات واکنش‌پذیر
• ناحیه تأثیر حرارت وسیع (Heat Affected Zone/ HAZ)
• امکان آتش‌ سوزی به دلیل حضور گازهای مشتعل شونده

 

 

مشاهده ­ی این ویدئو به درک بیشتر مطالب فوق کمک خواهد کرد.

 

 

2. 5 جوشکاری با گاز آرگون (Tungsten Inert Gas/TIG)

روش دیگر جوشکاری ذوبی قوس الکتریکی، به نام جوشکاری قوس الکترود تنگستن تحت محافظت گاز (Gas Tungsten Arc Welding/GTAW ) و در ایران، به اسم جوش گاز آرگون یا همان جوشکاری با گاز آرگون مشهور است. درکشورهای آلمانی‌ زبان، معادل تنگستن کلمه Wolfram است، لذا این روش جوشکاری به نام WIG نیز شناخته‌شده است. این روش جوشکاری به‌صورت دستی، ماشینی و یا خودکار قابل‌ اجرا است.

 

 

در این فرایند جوشکاری،  از الکترود مصرف نشدنی تنگستن (یا آلیاژ دیگر آن) استفاده می‌شود که در داخل مشعل نگهداری می‌شود. تنگستن یک فلز سخت با دمای ذوب حدود 3800 درجه سانتی‌گراد هست که بسیار دیر ذوب است. گاز خنثی(Inert Gas) بدون اعمال فشار، از درون مشعل برای حفاظت الکترود، حوضچه مذاب و جوش در حال انجماد از آلودگی‌های جوی (خصوصاً ترکیب با اکسیژن)، دمیده می‌شود. در صورت ورود اکسیژن از کیفیت جوشکاری کاسته خواهد شد. گاز خنثی (آرگون، هلیوم و یا نیتروژن) با هیچ‌یک از عناصر میل ترکیبی ندارد و به‌ محض جاری شدن، اکسیژن و هوای موجود در منطقه جوش را به کنار میراند. چون این گاز از اطراف الکترود تنگستن و از داخل تورچ عبور می‌کند، تا حدی در خنک کردن تنگستن و تورچ مؤثر است. حرارت تولید شده توسط قوس الکتریکی، فلز پایه را ذوب می‌کند. پس از پایداری قوس الکتریکی و حوضچه جوش، مشعل در امتداد اتصال و قوس حرکت داده‌شده و به‌طور متوالی سطوح تماس را ذوب می‌کند.

در صورت نیاز به فلز پرکننده (Filer metal) یا سیم (Wire Solid) را توسط دست و یا ماشین به حوضچه مذاب هدایت کرد. بدون اینکه جریان برق از سیم عبور کند. درصورتی‌که Solid Wire در طول­ های کوتاه و مستقیم، مثلاً یک متری بریده شود، به آن Filer Rod گفته می‌شود که معمولاً در جوشکاری‌های دستی(Manual) با سیستم TIG یا اکسی استیلن استفاده گردیده و یا به‌عنوان مغزی کاربرد دارد.

با مشاهده ­ی این ویدئو با تجهیزات جوشکاری آرگون آشنا خواهید شد.

 

 

 

 

برای آشنایی کامل با تجهیزات جوشکاری، مطالعه مقاله “بررسی تجهیزات جوشکاری مانند تجهیزات ایمنی به همراه 19 ویدئو کاربردی” را از دست ندهید.

2. 6 جوشکاری فلزی تحت گاز محافظ (MIG/Metal Inert Gas)

این روش به (GMAW /Gas Metal Arc Welding)  نیز معروف است. در این روش جوشکاری قوس الکتریکی، به‌صورت دستی، نیمه‌خودکار و خودکار انجام می‌شود. در این حالت از یک سیم جوش(Solid Wire) ذوب شونده که آلیاژی مشابه آلیاژ فلز پایه دارد، به شکل ممتد و بدون روپوش استفاده می‌شود. این نوع سیم جوش که در حقیقت نقش الکترود را دارد، به شکل قرقره، کویل، Reel و یا Drum ، در بازار موجود است. در دستگاه‌های جوشکاری MIG ، MAG ، SAW و در برخی موارد در جوشکاری ماشینی، به‌صورت TIG و پلاسما مورداستفاده قرار می‌گیرد. در بسیاری از این سیم ­جوش­ ها، از روپوش مس به دلیل هدایت الکتریکی بالا و نیز جلوگیری از زنگ‌ زدگی سریع استفاده می‌شود.

حرکت سیم الکترود به سمت قطعه کار و حوضچه جوش توسط دستگاه وایدر فیدر انجام می‌شود که سیم را با سرعت مشخص توسط دو قرقره یا چهار قرقره به‌طرف حوضچه جوش و قطعه کار هدایت می‌کند.

حرارت موردنیاز برای ذوب، از طریق تشکیل قوس الکتریکی بین یک سیم جوش مصرف شدنی و قطعه کار تأمین می‌گردد. عمل محافظت از حوضچه جوش توسط یک یا مخلوطی از گازهای خنثی و غیرفعال محافظ Ar+Co₂) , Ar +He , He , Ar , Co₂) انجام می‌شود.

مشاهده ­ی این ویدئو به درک بیشتر فرایند جوشکاری فلزی تحت گاز محافظ (MIG/ Metal Inert Gas) کمک خواهد نمود.

 

 

 

 

 

 

2. 7 جوشکاری فلزی تحت گاز محافظ فعال (Metal Active Gas/MAG)

این روش مشابه با یکی از انواع روش جوشکاری به نام  MIG است، با این تفاوت که از گاز فعال (Active Gas)  جهت حفاظت استفاده‌ شده است. گاز فعال، گازی است که در واکنش حوضچه مذاب مشارکت دارد. گاز جوشکاری MAG همان گاز CO2 است که بیشتر جهت جوشکاری فولاد ساده یا کم آلیاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. گاز CO₂  با تشکیل قوس الکتریکی، به گازهای CO و O₂ تجزیه می‌شود. گاز CO خنثی و بی‌اثر بوده و نقش حفاظت از حوضچه جوش را به عهده دارد و O₂  با عناصر اکسید شونده قوی از قبیل منگنز (Mn) و سیلیسیوم (Si) موجود در سیم جوش، ترکیب‌شده و به‌ صورت سربار بسیار نازکی روی سطح جوش ظاهر می‌شود. امروزه در صنایع جوشکاری، ترکیب گازهای خنثی و فعال بیشتر مورد استفاده واقع می‌شود. نقش دیگر گاز CO₂ ، قابلیت جذب حرارت در مسیر عبور و کاهش دمای محیط است. بنابراین در جوشکاری MAG تورچ (مشعل) به‌ عنوان سیستم خنک‌کننده هوا مورداستفاده قرار می‌گیرد. به همین دلیل در هنگام جوشکاری همراه باسیم جوش، گاز  CO₂ارزان و به‌صرفه اقتصادی است.

 

 

مشاهده­ ی این ویدئو به درک بیشتر فرایند جوشکاری فلزی تحت گاز محافظ (MAG/Metal Active Gas) کمک خواهد نمود.

 

 

2. 8 جوشکاری پلاسما (Plasma Arc Welding/PAW)

اساس کلی این نوع جوشکاری بسیار شبیه به جوشکاری TIG و درواقع نوع خاصی از آن است. گاز یونیزه شده در فرایند قوس الکتریکی اصطلاحاً پلاسما نامیده می‌شود. در این روش، توسط یک نازل جوشکاری مخصوص پلاسما، مشابه یک عدسی، گازهای یونیزه شده با تمرکز و انرژی بسیار بالا عبور داده می‌شود. جوش پلاسما برای ورق‌های بسیار نازک و ورق‌های بسیار ضخیم حتی تا یک اینچ و بدون نیاز به پخ زدن لبه‌ها، به‌ویژه برای جوشکاری آلومینیم کاربرد دارد. با استفاده از یک کنسول مخصوص جهت تنظیم گاز ویک تورچ مخصوص پلاسما، می‌توان از دستگاه جوش TIG استفاده نمود.

برای درک بیشتر فرایند فرایند جوشکاری قوس پلاسما (PAW) این ویدئو را مشاهده نمایید:

 

 

 

2. 9 جوشکاری کربن (Carbon Arc Welding/CAW)

یکی از قدیمی­ ترین انواع روش جوشکاری ،جوشکاری قوس الکتریکی است که با استفاده از الکترودهای کربنی صورت می­گیرد. در این روش، بنا به نیاز، از یک ماده پرکننده یا پود محافظ در محل اتصال استفاده می­شود. حرارت لازم برای ذوب فلز پایه، از تشکیل قوس الکتریکی بین الکترود کربنی و قطعه­ کار تامین می­ شود. این روش در بسیاری موارد با روش جوشکاری GTAW یا TIG جایگزین می­ شود.

دو حالت برای جوشکاری قوسی کربن وجود دارد:

• تشکیل قوس ­الکتریکی بین دو الکترود کربنی(Twin carbon arc welding/TCAW)
• استفاده از الکترود کربنی به عنوان ماده ­ی پرکننده در فرایند جوشکاری با گاز (Gas carbon arc welding /CAW-G)

الکترود غیرمصرفی کربنی در فرایندهای گازی  (TIG، Plasma-Arc Welding (PAW)، Atomic-Hydrogen Welding (AHAW قابل استفاده می ­باشد.

مشاهده ­ی این ویدئو برای درک روش جوشکاری قوس کربنی TCAW قطعا موثر است حتما یک بار این ویدئو را مشاهده کنید.

 

 

 

 

 

 

مزایای استفاده از اکترودهای کربنی عبارتند­از:

• تجهیزات ارزان و در دسترس
• عدم نیاز به جوشکار با تخصص بالا
• قابلیت استفاده ماشینی
• احتمال پایین ایجاد پیچیدگی در قطعه­کار

معایب استفاده از اکترودهای کربنی عبارتند­از:

• ناپایداری کیفیت جوش(تخلخل)
• آلودگی مصالح جوش با کربن موجود در الکترود

 

2. 10 جوش ترمیت (Thermite Welding)

اصطلاح Thermite به معنای ریخته‌گری است. اولین بار در سال 1898 میلادی یک دکتر آلمانی به نام  Hans Goldschmidtواکنش گرمازای آلومینوترمیت را کشف شد. این روش، ترکیبی از ریخته‌گری و جوشکاری است و جهت تأمین حرارت لازم برای ذوب فلز پایه، از واکنش شیمیایی گرمازای مخلوطی از آلومینیوم و اکسید آهن با نسبت وزنی 1 به 3، استفاده می‌شود. فرآیند واکنش آلومینوترمیت به روش زیر انجام می‌شود:

8Al + 3Fe₃O₄ → 9 Fe + 4 Al₂O₃+ Heat

برای این نوع جوشکاری که بیشتر در ریل راه‌آهن کاربرد دارد، باید یک قالب مخصوص در محل جوشکاری تعبیه گردد. جنس بوته حاوی ترمیت از گرافیت، ماسه و یا هر نوع مصالحی که قادر به تحمل حرارتی بالای 3000 درجه سانتی‌گراد باشد، در نظر گرفته می‌شود. به دلیل سنگین بودن فولاد نسبت به آلومینیوم، پس از ذوب ترمیت در بوته، ته‌نشین شده و از دریچه انتهایی به محل اتصال، منتقل می‌شود.

 

 

مراحل اجرای جوش ترمیت عبارت‌اند از:

1-         پاک‌سازی موضع اتصال از ناخالصی‌ها(گردوخاک، زنگ‌زدگی و مواد روغنی و …) توسط مشعل اکسی استیلن

2-         تنظیم فاصله 5/1 تا 6 میلی‌متری بین دو قطعه، متناسب با اندازه قطعات، برای پیش‌بینی انقباض نهایی فلز پایه

3-         قالب‌گیری با استفاده از موم

4-         ساخت قالب مخصوص با تعبیه سوراخ‌های لازم برای ریخته‌گری، پیش‌گرمایش و خروج گازها

5-         پیش‌گرمایش قالب به‌منظور حذف موم و خشک‌کردن داخل قالب

6-         ایجاد کوره با پیش‌گرمایش ترمیت و شروع احتراق با ورود یک میله منگنزی داغ داخل پودر ترمیت

7-         ریختن آهن مذاب روی محل اتصال از طریق مجرای زیر کوره و ذوب شدن فلز پایه

8-         باز کردن قالب پس از گذشت 2 تا 4 ساعت متناسب با وسعت جوش

9-         حذف برجستگی‌ها و فرورفتگی‌های اطراف محل اتصال توسط یک مشعل برش و در مورد شفت‌ها قطعات خاص توسط عملیات ماشین‌کاری و سنگ‌زنی

 

کاربرد روش جوشکاری ترمیت:

1. جوشکاری ریل راه‌آهن
2. صنایع فضایی و کشتی‌سازی
3. تعمیر قطعات بسیار سنگین
4. اتصالات کابل‌های مسی (Cad Weld)
5. اتصال ورق‌های ضخیم تا قبل از ابداع روش جوشکاری اولتراسونیک
6. اتصالات لوله‌ها و قطعاتی که امکان تأمین انرژی الکتریکی ندارند.
7. اتصال میلگردها در سازه‌های بتن آرمه

 

مزایای روش جوشکاری ترمیت:

1. فرایند جوشکاری آسان و ساده
2. هزینه پایین
3. ایجاد اتصال فلزی قوی
4. مناسب برای جوشکاری قطعات سنگین غیرقابل‌حمل
5. مناسب برای جوشکاری مواردی که به انرژی الکتریکی دسترسی نباشد.

انواع ترمیت مورداستفاده در صنایع:

1. ترمیت ساده: ترکیب پودرهای اکسید آهن و آلومینیوم
2. ترمیت فولاد کم‌کربن: ترکیب ترمیت ساده با پودر فولاد کم‌کربن یا حتی مقداری پودر منگنز
3. ترمیت چدن: ترکیب ترمیت ساده با مقداری پودر فولاد سیلیسیوم دار و فولاد کم‌کربن
4. ترمیت برای جوشکاری ریل‌ها: ترکیب ترمیت ساده به همراه مقداری پودر کربن، منگنز و عناصر آلیاژی دیگر به‌منظور افزایش سختی فلز جوش
5. ترمیت برای اتصال کابل‌های برق: شامل پودرهای اکسید مس و آلومینیوم

ویدئو زیر که درک خوبی از جوشکاری ترمیت به ما می دهد را پیگیر شوید.

 

2. 11 جوش احتراقی مس (Cad Weld)

این روش جوشکاری مخصوص اتصال سیم مسی در اندازه‌های مختلف به انواع میله‌های مسی، صفحه ارت، سازه، آرماتور و لوله هست و اکثراً در سیستم ارتینگ ساختمان کاربرد دارد. بهترین اتصالات برای اتصال سیم مسی به صفحه در سیستم ارتینگ، جوش نقره یا جوش برنج است و در صورت در دسترس نبودن آن‌ها، مطابق استاندارد IPS-C-TP- 820 از جوش احتراقی (Cad Weld) می‌توان استفاده نمود.

 

 

دیدن این ویدئو به شما درک بهتری از روش جوشکاری جوش احتراقی (Cad Weld)خواهد داد.

 

تجهیزات موردنیاز جوش احتراقی عبارت‌اند از:

1. پودر جوش: مخلوطی از پودر آلومینیوم و اکسید مس
2. قالب جوش: از جنس گرافیت و متناسب با نوع اتصال و سایز سیم مسی
3. چاشنی انفجار: حاوی مقداری گوگرد جهت تأمین دمای احتراق پودر جوش
4. پولکی: از جنس آلومینیوم
5. جعبه ابزار تمیزکننده (اسکراپر، دستکش، ماسک، فندک جوشکاری، برس سیمی): جهت تمیز کردن قالب گرافیتی از مواد مذاب

 

 

2. 12 جوشکاری گلمیخ به ورق فولادی (Stud Welding)

این نوع جوشکاری ذوبی قوس الکتریکی برای اتصال انواع زائده از قبیل پیچ، مهره، میلگرد و … ب روی سطوح فلزات، در صنایع خودروسازی، لوازم‌خانگی، ساختمان‌سازی و پل‌سازی کاربرد دارد. در این فرایند نیازی به فلز پرکننده نیست و برای اکثر فلزات نیز از گاز محافظ استفاده نمی‌شود. حرارت لازم برای ذوب قطعات، از طریق ایجاد یک قوس الکتریکی بین زائده و سطح قطعه تأمین می‌شود.

مراحل اجرای جوشکاری گل‌ میخ ها به ورق فولادی (Stud Welding)عبارت‌اند از:

1. ورود گل‌میخ از تفنگ (Gun)مخصوص داخل سه‌نظام مربوطه
2. قرارگیری تفنگ عمود بر سطح قطعه کار توسط اپراتورچ جوشکاری
3. برقراری جریان الکتریکی با فشار سویچ
4. تشکیل قوس الکتریکی با ایجاد فاصله بین گل‌میخ و قطعه کار
5. امتزاج نوک گل‌میخ با قطعه کار در اثر حرارت قوس الکتریکی
6. کوبیده شدن گل‌میخ به سطح کار، توسط فنر قوی موجود در داخل تفنگ
7. ایجاد اتصال قوی پس از سرد شدن

برای درک جوشکاری گلمیخ Stud Welding توصیه می کنم حتما ویدئو زیر را یک بار مشاهده کنید:

 

 

 

 

 

 

3. جوشکاری مقاومتی چیست؟ (Resistance Welding/RW)

در جوشکاری مقاومتی از فشار و حرارت استفاده می‌شود. حرارت لازم برای جوشکاری از طریق مقاومت الکتریکی قطعات کار در برابر عبور جریان برق و تماس آن‌ها با یکدیگر ایجاد می‌گردد. پس از رسیدن قطعات کار به دمای ذوب و خمیری، فشار لازم برای تداخل دو قطعه اعمال می‌شود. در این روش فلز پایه، کاملاً ذوب نمی‌شود. این روش برای انجام جوشکاری خودکار بسیار مناسب است. مزایای جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

1. سرعت‌بالای اجرای جوشکاری
2. ایجاد جوش یکنواخت
3. امکان پایین ایجاد پیچیدگی فلز پایه
4. قابلیت کنترل آسان مراحل جوشکاری

انواع روش جوشکاری مقاومتی بر اساس نوع دستگاه جوش و شرایط آماده‌سازی فلز پایه عبارت‌اند از:

1. جوش مقاومتی نقطه‌ای (ساده، هفت‌تیری، لحظه‌ای، برجسته، خازنی)
2. جوش مقاومتی سربه‌سر (فشاری، لحظه‌ای)
3. درز جوش
4. جوش مقاومتی به کمک ورقه نازک فلزی
5. جوش مقاومتی با بافت فلزی
6. جوش مقاومتی تصادمی یا ضربتی
7. جوش مقاومتی با فرکانس بالا

تعدادی از این روش‌ها توسط انجمن جوشکاری امریکا (AWS) نام‌گذاری شده است و مابقی آن‌ها اصطلاحات رایج در کارگاه‌های جوشکاری است.

 

 

 

3. 1 جوش مقاومتی نقطه‌ای (Resistance Spot Welding/RSW)

در این روش، فصل مشترک قطعات کار بین دو فک الکترودها ثابت نگه‌داشته شده و از طریق مقاومت الکتریکی صفحات در برابر جریان برق و اعمال فشار فک‌های بالا و پایین، اتصال صورت می‌گیرد.

 

برای درک جوشکاری مقاومتی نقطه ­ای حداقل یک بار ویدئو زیر را مشاهده کنید.

 

 

3. 2 جوشکاری مقاومتی درز جوش (Resistance Seam Welding/RSW)

در این روش جوشکاری مقاومتی، قطعات کار مابین دو الکترود غلتکی قرارگرفته و با عبور جریان الکتریکی، در فلز پایه حالت خمیری ایجادشده و با اعمال فشار اتصال صورت می‌گیرد. این دستگاه‌ها قادر به ایجاد خط جوش پیوسته و منقطع می‌باشند. درز جوش منقطع بیشتر برای اتصال فلزات حساس به حرارت کاربرد دارد. از درز جوش لب‌به‌لب، برای جوشکاری درز طولی لوله‌های جدار نازک استفاده می‌شود. در این حالت، دو غلتک نسبت به هم زاویه داشته و هم‌زمان با اعمال فشار آن‌ها به لبه‌های لوله و عبور جریان الکتریکی، عملیات اتصال صورت می‌گیرد.

 

 

قطعا مشاهده­ ی این ویدئو برای درک جوشکاری Resistance Seam Welding بسبار مفید است.

 

 

3. 3 جوش مقاومتی نقطه‌ای برجسته (Resistance Projection Welding/RPW)

در این روش جوشکاری نقطه‌ای، ابتدا توسط سنبه یا ماتریس‌های مخصوص، روی یکی از قطعات اتصال و در نقاط مشخص، برجستگی‌هایی ایجاد می‌شود. پس از اتکای این قطعه روی قطعه دیگر،با اعمال فشار و عبور جریان الکتریکی با شدت بالا، نقاط برجسته را به حالت خمیری رسیده و اتصال نقطه‌ای بین قطعات ایجاد می‌گردد.

 

 

3. 4 جوش مقاومتی نقطه‌ای لب‌به‌لب ورق‌های فلزی (Flash Butt Welding/FBW)

یک روش انحصاری و کاربردی برای جوشکاری لب‌به‌لب ورق‌های فولادی در صنایع خودروسازی است. دستگاه شامل یک جفت الکترود غلط مانند بزرگ است که ورق‌های فولادی مابین آن‌ها قرار می‌گیرد. بالا و پایین درز ورق را با لایه‌ نازکی از ورق هم‌جنس فلز پایه به ضخامت 0.1 اینچ می‌پوشانند. این کار برای تمرکز جریان الکتریکی در درز لبه ورق‌ها و ایجاد گرده جوش هست. در این حالت بدون نیاز به لحیم‌کاری یا ماده پرکننده، عملیات اتصال باکیفیت بالا صورت می‌گیرد. این روش بدون نیاز به اورلپ ورق‌ها و توسط اعمال فشار صورت می‌گیرد.

 

 

4. انواع روش جوشکاری حالت جامد (Solid State Welding /SSW)

• جوشکاری حالت‌جامد (Solid State Welding /SSW) چیست؟

روش جوشکاری حالت‌جامد از نوع جوشکاری پلاستیک (Plastic welding or pressure welding) است. همان‌طور که گفته شد، در برخی انواع جوشکاری نیاز به ذوب شدن فلز پایه نیست و یکپارچه شدن قطعات فلزی از طریق اعمال فشار به‌تنهایی یا همراه با حرارت صورت می‌گیرد. در این حالت معمولاً فلز پایه به نقطه ذوب نمی‌رسد. در صورت استفاده از حرارت برای آمیختن قطعات به یکدیگر، از فلز پرکننده استفاده نمی‌شود.

 

 

انواع روش جوشکاری غیر ذوبی عبارت‌اند از:

1. جوشکاری نفوذی (Diffusion welding/DFW)
2. جوشکاری اصطکاکی (Friction welding/FRW)
3. جوشکاری با امواج مافوق صوت (Ultrasonic welding/USW)
4. جوشکاری سرد (Cold Welding)
5. جوشکاری فورجینگ (Forge welding)
6. جوشکاری انفجاری (Explosion welding/EXW)

4. 1 جوشکاری نفوذی (Diffusion welding/DFW)

یکی از روش‌های جوشکاری حالت‌جامد است که برای اتصال فلزات با جنس مشابه و غیرمشابه، کاربرد دارد و بر اساس اصل نفوذ حالت‌جامد در دمای بالا و  بدون تغییر شکل پلاستیک ماکروسکوپی، استوار است. عموما برای جوش دادن ورق‌های نازک، سیم‌ها یا رشته‌های باریک فولادی استفاده می‌شود. برای ایجاد اتصال، از اعمال فشار با دمایی حدود 50 تا 70 درصد دمای ذوب فلز پایه و فرایند نفوذ سطوح جامد فلزی باگذشت زمان، استفاده می‌گردد. در برخی موارد از فلز پرکننده مابین سطوح اتصال استفاده می‌شود. برای کنترل کیفیت می‌توان از آزمایش کشش استفاده نمود.

این روش سنتی در میان زرگران و طلاسازان، برای اتصال طلا و مس و تشکیل یک جسم یکپارچه استفاده می‌شد. آن‌ها طلا را با چکش‌کاری به ورق‌های نازک تبدیل می‌کردند و آن را روی ورق نازک مسی قرار داده و  مجموعه را درون یک اجاق حرارت داده شد تا زمانی که فیلم طلا به‌اندازه کافی به بستر مس متصل می‌شد. این فرایند با عنوان جوشکاری فشار – داغ(HPW) شناخته‌شده بود. در سال 1953 میلادی، توسط دانشمندی از کشور شوروی به نام N.F. Kazakov روش جدید جوشکاری نفوذی مطرح شد. امروزه این روش جوشکاری در اتصال فلزات مقاوم و با استحکام بالا، در صنایع هوا -فضا و هسته‌ای، همچنین در فرایندهای مواد کامپوزیت کاربرد فراوان دارد.

 

 

تماشای این ویدئو برای درک بهتر فرایند جوشکاری نفوذی حالت‌جامد، مفید خواهد بود.

 

 

مزایای جوشکاری نفوذی  عبارت‌اند از:

• ایجاد سطح پیوندی با خواص فیزیکی و مکانیکی مشابه مواد پایه
• ایجاد اتصالات باکیفیت بالا و فاقد هرگونه انسداد و تخلخل
• امکان جوشکاری روی قطعات با دقت بالا و اشکال پیچیده
• قابلیت نفوذ انعطاف‌پذیر
• قابل‌استفاده در مواد کامپوزیت
• فرایند ساده و کم‌هزینه
• کاهش تغییر شکل پلاستیک توسط مواد تحت نفوذ

 

4. 2 جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding/FRW)

این نوع جوشکاری از نوع غیر ذوبی است؛ با این تفاوت که انرژی حرارتی لازم برای ذوب فلز پایه از طریق انرژی مکانیکی(جنبشی) تأمین می‌شود. در این روش، یکی از قطعات فلزی ثابت بوده و قطعه دیگر با سرعت چرخیده و به قطعه ثابت، با اعمال فشار اولیه، تماس داده می‌شود. حرارت ناشی از اصطکاک سطوح در تماس به‌ قدری است که باعث ذوب آن‌ها شده و به علت اعمال فشار نهایی، لبه‌های قطعات با یکدیگر ممزوج و یکپارچه می‌گردد.

 

 

انواع روش جوشکاری اصطکاکی عبارت‌اند از:

• جوشکاری اصطکاکی خطی
• جوشکاری اصطکاکی دورانی
• جوشکاری اصطکاکی داخلی

الزامات و محدودیت‌های جوشکاری اصطکاکی:

• قطعه‌ای که در دوران است باید دایره‌ای شکل باشد و قابلیت اتصال به گیره نگهدارنده را داشته باشد.
• مصالح فلز پایه باید مقاوم در برابر فشار و لنگر وارده باشد.

مزایای جوشکاری اصطکاکی عبارت‌اند از:

• عدم نیاز به مفتول پرکننده و گاز محافظ
• عدم آلودگی محیط کار به دلیل عدم تشکیل دود و گاز(تولید جرقه‌های محدود)
• صرفه‌جویی در مصرف انرژی الکتریکی
• عدم نیاز به روانکار(Flux) برای تمیزکاری شیمیایی سطوح و جلوگیری از اکسیداسیون منطقۀ جوش

دو ویدئو زیر در رابطه با جوشکاری اصطکاکی دورانی و اصطکاکی داخلی صحبت می کنند که قطعا به درک شما از این دو نوع روش جوشکاری کمک خواهد کرد.

 

 

 

 

 

4. 3 جوشکاری با اشعه الکترونی (Electron Beam Welding/EBW)

یکی از روش‌های نوین تأمین انرژی حرارتی لازم برای جوشکاری، استفاده از انرژی حرارتی ناشی از جریان سریع الکترونی است که در اثر ولتاژ بالا، شتاب گرفته‌اند و به‌صورت پرتو باریک متمرکزی به سطح کار تابیده می‌شوند. درنتیجه منطقه مذاب باریکی ایجادشده و جوشی باکیفیت مناسب ایجاد می‌شود. این فرایند جوشکاری دقیق، اولین بار برای ساخت بدنه جنگنده‌ها استفاده‌شده است.

 

 

برای درک تفاوت جوشکاری با اشعه الکترون و جوشکاری با لیزر این ویدئو را حتما مشاهده کنید.

 

 

4. 4 جوشکاری با لیزر (Laser Beam Welding/LBW)

استفاده از تکنولوژی نوین لیزر، در صنعت کابردهای وسیعی دارد. این پدیده، در برش­کاری و جوشکاری قطعات فلزی نیز به‌طور وسیعی مورداستفاده قرارگرفته است. از اشعه لیزر، جهت ایجاد حوضچه مذاب در جوشکاری استفاده می‌شود.

مزایای جوشکاری با اشعه لیزر عبارت‌اند از:

• ایجاد حرارت موضعی در محل اتصال
• عدم تماس فیزیکی لیزر با قطعه کار
• حذف پدیده فرسایش الکترود و آلودگی در آن
• سرعتو قابلیت تکرار بسیار بالا
• قابلیت کنترل دقیق عملیات
• کیفیت بالای جوشکاری

 

 

ویدئو زیر، یک فیلم جوشکاری با لیزر است که کمک خوبی به درک این روش از جوشکاری می کند.

 

 

روش کار لیزر چگونه است؟

عناصر لیزری کاربردی در  صنایع جوشکاری و برشکاری عبارت‌اند از:

• عناصر لیزری جامد (شیشه از جنس نئودیمم و اربیوم)
• عناصر لیزری مایع (اکسید نئودیمم و بعضی از رنگ‌ها)
• عناصر لیزری گازی (هیدروژن، آرگون و دی‌اکسیدکربن)
• بلورهای نیمه­ هادی (گالیم و آلیاژهای گوگرد)
• یاقوت (اکسید آلومینیمی که تعدادی از اتم‌های آن با اتم‌های کروم جایگزین شده است)

هر یک از عناصر لیزری بالا، در اثر انرژی دریافتی از سیستم پمپاژ، تحریک‌شده و نور و گرما متصاعد می‌کند. سیستم پمپاژ عناصر لیزری جامد و مایع، از نوعی نوری (Optical)بوده و Flash-tube نام  دارد. سیستم پمپاژ عناصر لیزری گازی از نوع پمپاژ گاز هست. برای عناصر لیزری عناصر لیزری بلورهای نیمه‌هادی، پمپاژ توسط انرژی جریان معکوس حاصل از اتصال P-Nصورت می‌گیرد.

4. 5 جوشکاری با امواج مافوق صوت (Ultrasonic Welding/UTW)

در این روش جوشکاری حالت‌جامد، برای رساندن قطعات فلزی به حالت خمیری مورد نظر، از انرژی صوتی با فرکانس بالا استفاده می‌شود. در اثر اعمال فشار خارجی و ارتعاشات اولتراسونیک با فرکانس ۲۰ تا ۴۰ کیلوهرتز، دو قطعه با یکدیگر پیوسته می‌شود.

مزایای روش مافوق صوت عبارت‌اند از:

• بهبود خواص مکانیکی اتصال
• پالایش ساختار بلورین فلز جوش
• خروج گازهای محلول در محل اتصال
• تأثیر بر حوضچه مذاب در زمان انجماد

 

این دو ویدئو برای درک روش جوشکاری Ultrasonic Welding توصیه می­شود.

 

 

4. 6 جوشکاری فورجینگ (Forge Welding)

این روش که از سنتی‌ترین و ساده‌ترین روش‌های اتصال فولاد است به زمان باستان و استخراج آهن از سنگ معدن برمی‌گردد. به‌این‌ترتیب که فولاد را تا حد خمیری حرارت می‌دادند و با چکش‌کاری به خروج هوا و ناخالصی‌ها و تشکیل یک جسم صلب یکپارچه کمک می‌نمودند. باگذشت زمان و با روش سعی و خطا، بشر توانست این روش را تکمیل نماید.

این روش جوشکاری حالت‌جامد، اولین بار در دهه1930 میلادی، در ایالات‌متحده آمریکا و ژاپن یکی از زیرشاخه‌های جوشکاری گاز اکسی استیلن و با عنوان (Gas Pressure Welding (GPW گسترش یافت. در سال ۱۹۵۲ میلادی در کشور کانادا، از این روش جوشکاری برای اتصال ریل‌ها و لوله ها و پس‌ازآن در جوشکاری میلگردهای فولادی  استفاده‌شده است. باگذشت زمان و پیشرفت علم، این روش برای اتصال فلزات سخت همچون فولاد نرم و تیتانیوم مورداستفاده قرار گرفت. کشورهای آلمان، روسیه و ژاپن مطالعات بسیاری در این زمینه داشته‌اند. کشور ژاپن انجمن جوشکاری فورجینگ سربه‌سر میلگرد تاسیس و استاندارد آن را ارائه نموده است.

در کشور عزیزمان ایران، از دهه 50 شمسی، در احداث خط آهن سراسری، و به‌مرورزمان در اتصال سربه‌سر میلگردها و مقاطع فولادی مورداستفاده قرارگرفته است. مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ایران در اسفندماه 1388، روش جوشکاری فورجینگ سربه‌سر میلگرد را در ویرایش پنجم کتابچه فناوری‌های نوین ساختمانی با عنوان جوشکاری میلگرد با استفاده از گاز اکسی استیلن مورد تائید قرار داده و با  شرط رعایت ضوابط و شرایط معینی، استفاده از این روش را در ایران مجاز دانسته است.

در اتصال فورجینگ، به‌جای وصله پوششی(اورلپ) میلگردها، از اتصال سربه‌سر تحت‌فشار و گرما استفاده می‌شود. ابتدا مقاطع اتصال به‌طور کامل از هرگونه ناخالصی(زنگ‌زدگی، روغن و گردوغبار) پاک‌شده و در داخل گیره نگهدارندِ مخصوص، مهار می‌شوند. سپس توسط یک مشعل گاز اکسی استیلن، تا دمای ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد حرارت می‌بیند تا به حالت خمیری درآیند. درنهایت به‌وسیله چکش یا پرس هیدرولیکی آن دو مقطع را به یکدیگر فشار داده تا در هم‌پیوسته شده و جوش بخورند. در حقیقت با این روش، مولکول‌های فولاد، انرژی لازم برای تشکیل پیوند مولکولی را به دست آورده و در ناحیه دو سر مقطع با یکدیگر ترکیب‌شده و تبلور جدید صورت می‌گیرد. متناسب با قطر میلگردهای متصل شونده، شدت حرارت و فشار نیز تغییر می‌کند.

کنترل کیفیت جوشکاری از طریق انجام آزمایش‌های کشش (Tensile Test) و خمش(Bending Test) و تست اولتراسونیک (UT)در مراکز معتبر صورت می‌گیرد.

 

4. 7 جوشکاری انفجاری (Explosion welding/EXW)

یکی دیگر از روش‌های جوشکاری حالت‌جامد است. روشی نسبتاً جدید که ایده آن مربوط به زمان جنگ جهانی اول است. چسبیدن ترکش‌های ناشی از بمب‌ها به بدنه فلزی ابزارهای جنگی، آن‌ها را به این فکر انداخت که نیروی انفجار بر روی ذرات متلاشی‌شده یا ترکش‌ها، اثر گذاشته و در اثر برخورد شدید به فلزات جوش می‌شوند. اثبات این نظریه در نتایج آزمایش‌های بعدی، منجر به ثبت روش جوشکاری انفجاری توسط شخصی به نامDupont  در سال ۱۹۶۲ میلادی گردید در ژانویه ۱۹۶۴ با شماره US Patent 3,137,937 مورد تائید قرار گرفت و با نماد تجاری Detaclad مشخص گردید. در ژوئیه ۱۹۹۶ شرکت Dynamic Materials Corporation حق مالکیت فرایندهای Detaclad را باقیمت ۵۳۲۱۸۵۰ دلار تصاحب کرد. این روش قابلیت اتصال بیش از 260 نوع فلز هم‌جنس و غیر هم‌جنس با خواص متفاوت را دارد.

اصول این روش، مشابه سایر روش‌های جوشکاری غیر ذوبی نظیر جوشکاری اصطکاکی است. سطوح فلزی با ورود به حوزه پلاستیک خود، از تماس اولیه کافی برای ایجاد جوشی باکیفیت بالا برخوردار می‌شوند.

در این فرایند، در اثر یک انفجار کنترل‌شده روی سطح ورق فوقانی(صفحه پرنده)، موجی ضربه‌ای در فصل مشترک قطعات صورت می‌گیرد و این ورق تحت ضربه‌ای مایل با سرعت‌بالا به ورق پایین(صفحه ساکن) برخورد می‌نماید. فشار زیاد ناشی از برخورد ورق‌ها با یکدیگر و ایجاد حرارت بالا، فلز را به حالت خمیری درآورده و موجب تشکیل پیوند متالورژیکی در نقاط برخورد آن‌ها می‌شود. براثر این ضربه شدید، لایه جهنده‌ای از ذرات فلز(جت فلز) با سرعت زیاد در سطح دو صفحه تشکیل می‌شود که باعث پاک‌سازی سطح دو صفحه از اکسید و مواد خارجی شده و براثر فشار حاصل از انفجار، عمل اتصال انجام می‌پذیرد. سطوح فوقانی، توسط یک‌لایه ضربه‌گیر(لاستیک پلیتن، مقوا یا قشر ضخیم رنگ) محافظت می‌شود. یک‌لایه از مواد منفجره به‌صورت ورقه‌ای یا به شکل پودری، بر روی قشر محافظ قرار می‌گیرد. صفحه ساکن نیز روی یک تکیه‌گاه به نام سندان قرار دارد.

این فرایند معمولاً برای پوشش دهی ورق‌های فولاد کربنی با یک‌لایه‌نازک از مواد مقاوم به خوردگی مانند تیتانیوم و نیکل به کار گرفته می‌شود و  برای ساخت قطعاتی با هندسه ساده مانند ورق‌ها ولوله‌ها مناسب است.

 

 

برای درک این موضوع، فیلم جوشکاری انفجاری حتما این دو ویدئو را تماشا کنید.

 

 

 

موارد کاربرد روش جوشکاری انفجاری عبارت‌اند از:

1. اجرای روکش انواع صفحات مسطح
2. جوشکاری داخلی استوانه‌های هم‌مرکز
3. اجرای روکش داخلی و خارجی استوانه‌ها
4. جوشکاری سطوح استوانه‌ای
5. جوشکاری انواع لوله به صفحه
6. جوشکاری سربه‌سر لوله به لوله
7. جوشکاری خطی لب‌به‌لب صفحات مسطح
8. جوشکاری مقاطع توخالی(رادیاتورها)
9. اجرای روکش انواع سیم‌ و مفتول‌

مزایای جوشکاری انفجاری عبارت‌اند از:

1. امکان اتصال و جوشکاری فلزات وآلیاژهایی که قابل جوشکاری با  سایر روش‌ها نیستند.
2. حذف عیوب جوشکاری ذوبی به دلیل ایجاد اتصال در اثر فشار در حالت خمیری فلزات
3. امکان جوشکاری سریع سطوح بزرگ
4. پاک‌سازی خودکار و هم‌زمان سطوح جوش از مواد زائد به دلیل برخورد شدید

 

5. جوشکارى زیرآب (Underwater Welding)

احداث سازه‌های فولادی فراساحلی از قبیل دکل‌های حفاری چاه‌های نفت، خطوط لوله و سکوهای ویژه‌ای که در آب‌ها احداث می‌شوند، نیازمند استفاده از روشی برای جوشکاری زیر سطح آب است. نیروی دریایی بریتانیا، اولین جوشکاری زیرآب را جهت آب‌بندی نشت‌های موجود در پرچ‌های زیر  یک کشتی که در آب واقع‌شده بود، اجرا نمود. در سال ۱۹۴۶، در کشور هلند، استفاده از الکترودهای ضد آب ویژه گسترش یافت.

جوشکاری زیرآبی به دو صورت انجام می‌شود:

• جوشکاری مرطوب
• جوشکاری خشک

5. 1 جوشکاری مرطوب (Wet underwater welding)

در این حالت، جوشکاری به‌ صورت دستی توسط الکترود ویژه (آب­بندی­ شده) مستقیماً در معرض محیط مرطوب، صورت می‌گیرد. دستگاه مولد انرژی جوشکاری روی سطح  خشک مستقر و توسط کابل‌ها و شیلنگ‌ها به غواص یا جوشکار متصل می‌شود. به دلیل امکان آزادی عمل بیشتر جوشکار هنگام جوشکاری، این روش جوشکاری مؤثرتر و اقتصادی‌تر از روش خشک است. جوشکاری FCAW و اصطکاکی و قوس الکتریکی با این روش امکان‌پذیر است. به دلیل امکان ایجاد ترک در جوش به خاطر وجود هیدروژن آب، این جوشکاری بر روی فولاد کمک کربن و در اعماق کم انجام می‌شود.

 

 

5. 2 جوشکاری بیش­ فشار (Dry hyperbaric welding)

جوشکاری بیش فشار در محیط خشک و داخل اتاقکی پلمپ شده صورت می‌گیرد. این اتاقک، در یک فشار معمولی با مخلوطی از  گازهای قابل‌تنفس هلیوم و اکسیژن  پر می‌شود. سپس اتاقک در محل مخصوص جوشکاری قرار می‌گیرد. روش‌های جوشکاری SMAW، FCAW، GTAW، GMAW، PAW قابل‌اجرا در این شرایط هستند اما همگی به دلیل فشار بالای زیرآب، مشکل می‌باشند. معمولاً روش جوشکاری با الکترود تنگستن و گاز محافظ(TIG) رایج هست.

دیدن این ویدئو شما را با جوشکاری بیش­ فشار (Dry hyperbaric welding) آشنا می­نماید.

 

 

 

 

5. 3 جوش سرد (Cold Welding) یا جوش الکتریکی تماسی (Contact Weldikg)

یکی از روش‌های خودکار برای ایجاد اتصال قوی بین دو ماده جامد، استفاده از پیوند اتمی با اعمال فشار قالب‌های غلتکی یا برسی و در دمای محیط است به‌شرط اینکه هیچ­گونه ناخالصی، آلودگی یا لایه اضافی بین سطوح در تماس وجود نداشته باشد و دو قطعه جنس مشابه داشته باشند. برخلاف روش‌های جوشکاری دیگر، نیازی به اعمال حرارت و ذوب فلز پایه نبوده و تغییر شکل‌های پلاستیک در اثر اعمال فشار بین سطوح تمیز در تماس، باعث ایجاد پیوند بین اتم‌ها می‌گردد. در اثر این تغییر شکل‌ها، لایه‌نازک اکسیدی از سطح اتصال جداشده و یک سطح فلزی تمیز ظاهر می‌گردد. این روش در تکنولوژی نانو کاربرد دارد. اولین ‌بار این پدیده در دهه‌ی ۱۹۴۰ میلادی مشاهده گردیده است.

مراحل اجرای جوش تماسی عبارت‌اند از:

1. تمیز کردن سطوح فلزات از هرگونه آلودگی
2. برش بخش کوچکی از دو قطعه
3. محکم کردن قطعات درون قالب نگهدارندِ
4. اعمال فشار و تکمیل فرایند اتصال

 

 

کاربرد جوش الکتریکی تماسی در موارد زیر است:

1. اتصال آلیاژ آلومینیوم
2. اتصال آلیاژ مس
3. اتصال فولاد کم‌کربن و فلزات شکل‌پذیر
4. اتصال آلیاژ نیکل
5. تولید فولاد دولایه(Bi-Metal Steel)

با دیدن ویدئو زیر با نحوه ی اجرا جوش سرد آشنا شوید.

 

 

منابع

• Welding and welding Teghnology by: Richard L.Littl
• ASM Handbook Volume 06: Welding, Brazing, and Soldering Sindo Kou, Welding Metallurgy, A John Wiley & Sons Inc Publication, Ed2
• Types and Methods of Welding – Understanding the Basics of the Process Manufacturing Technology/ By Aggeliki K. / Mechanical Engineering
• https://www.slideshare.net/nageshkhandre/thermit-welding-nmk
• Introduction to Welding and Brazing by R. L. Apps, D. R. Milner 
• History of Humanity: From the seventh century B.C. to the seventh century A.D. by Sigfried J. de Laet, Joachim Herrmann — Routledge 1996 Page 36–37
• Welding Guide & Hand Book
• Essential of Welding
• Welding Inspection Technology
• BS EN ISO 14732:2013. Welding personnel. Qualification testing of welding operators and weld setters for mechanized and automatic welding of metallic materials BSI
• Keats, DJ (2005). Underwater Wet Welding – A Welder’s Mate. Speciality Welds Ltd. p. 300. ISBN1-899293-99-X.

 

 

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا