جوشکاری با قوس الکتریکی یک فرآیند صنعتی است که در آن از یک قوس الکتریکی برای ذوب کردن و اتصال دو قطعه فلزی استفاده میشود. این فرآیند به عنوان جوشکاری قوسی نیز شناخته میشود و در صنایع مختلف از جمله ساخت و ساز، خودروسازی، صنایع دریایی، پتروشیمی و دیگر صنایع تولیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زیر به مراحل اصلی فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی اشاره خواهم کرد:
- آماده‌سازی سطح: قبل از شروع جوشکاری، سطح قطعات فلزی که قرار است جوش داده شود، باید به دقت آماده شود. این شامل پاکسازی از روغن، چربی، گرد و غبار و دیگر آلاینده‌ها است. سطح آماده‌سازی تاثیر بسزایی بر کیفیت جوش دارد.
- انتخاب الکترود: الکترود یکی از عوامل مهم در جوشکاری با قوس الکتریکی است. الکترودها به دو دسته الکترودهای مثبت (آند) و الکترودهای منفی (کاتد) تقسیم میشوند. جریان الکتریکی از طریق الکترودها عبور کرده و باعث ایجاد قوس الکتریکی میشود.
- تنظیم جریان الکتریکی: جریان الکتریکی باعث ایجاد حرارت لازم برای ذوب کردن فلزات میشود. میزان جریان باید به گونه‌ای تنظیم شود که قطعات فلزی به دماهای مطلوب برسند.
- ایجاد قوس الکتریکی: با تماس الکترودها با سطح قطعات فلزی و اعمال جریان الکتریکی، یک قوس الکتریکی بین الکترودها و سطح فلزها ایجاد میشود. این قوس باعث ایجاد حرارت بسیار زیاد در نقطه جوش میشود.
- ذوب کردن فلزات: حرارت تولید شده توسط قوس الکتریکی باعث ذوب شدن فلزات در نقطه جوش میشود. این فرآیند به نام ذوب کردن یا تلد شدن معروف است.
- اضافه کردن مواد جوشکاری: در برخی موارد، ممکن است نیاز به اضافه کردن مواد جوشکاری (فیلر) به منظور تقویت جوش یا پر کردن فاصله‌های خالی باشد. این مواد معمولاً به صورت مولفه‌های ویژه جوشکاری یا الکترودهای فیلر ارائه میشوند.
- خنک کردن جوش: پس از اتمام جوشکاری، قوس قطع میشود و جوش ایجاد شده باید به آرامی خنک شود. این امر باعث حفظ خواص مکانیکی و ساختاری مناسب جوش میشود.
جوشکاری با قوس الکتریکی یک فرآیند پیچیده و حرفه‌ای است که نیازمند تخصص و تجربه زیادی از جانب جوشکاران است. انتخاب مناسب الکترود، تنظیمات صحیح جریان الکتریکی، و اجرای دقیق مراحل فرآیند به بهبود کیفیت جوش کمک می‌کند.
انواع فرآیند های جوشکاری با قوس الکتریکی
فرآیندهایی که مربوط به جوشکاری قوسی میشوند عبارتند از:
- جوشکاری با قوس الکتریکی دستی فلزی حفاظت شده (SMAW)
- جوشکاری با قوس فلزی با گاز محافظ یا جوشکاری میگ و مَگ GMAW
- جوشکاری با قوس تنگستنی با گاز محافظ یا جوشکاری تیگ یا جوشکاری آرگون (GTAW)
- جوشکاری زیر پودی (SAW)
- جوشکاری با قوس پلاسما (PAW)
- جوشکاری با قوس هیدروژنی اتمی (AHW)
- جوشکاری با قوس کربنی (GAW)
- جوشکاری قوسی با الکترود مغزه گداز آور (FCAW) جوشکاری الکترود اسلاگ (EGW)
مفاهیم جوشکاری با قوس الکتریکی دستی یا الکترود دستی
۱) قوس الکتریکی (Electric Arc)
تخلیه الکترون ها از طریق فضای یونیزه ما بین دو قطب مثبت و منفی در یک مدار الکتریکی را قوس می‌گویند، ایجاد قوس اساس فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی است، که در آن انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی تبدیل میشود. انرژی حرارتی دارای کاربرد حرارتی و انرژی نورانی دارا میباشد که در صنعت جوشکاری از انرژی حرارتی جهت جوش و برش استفاده شده و خطرات انرژی نورانی را توسط وسایل مخصوص کاهش می‌دهند.
معمولاً یکی از قطب‌های مثبت و منفی را فلز مبنا و قطب دیگر را الکترود فلزی تشکیل میدهد و بنابراین به آن قوس فلزی می‌گویند که از این به بعد بجای واژه قوس الکتریکی به کار می‌رود.
۲) قوس فلزی (Metallic Arc)
چنانچه الکترود با فلز مبنا تماس لحظه‌ایی پیدا کند و جرقه بزند، الکترود داغ شده و با تولید الکترود و اختلاف پتانسیل ما بین دو قطب و منفی (فلز مبنا و الکترود) الکترون به سمت فلز مبنا حرکت می‌کنند.
الکترون ها هنگام حرکت با مولکول ها و اتم‌های موجود بین کاتد و آند برخورد کرده و باعث تولید یون های مثبت شده که این یون های مثبت به سمت کاتد برگشته و مکانیزم قوس ادامه می‌یابد. جهت ایجاد قوس باید الکترود با سطح فلز تماس پیدا کرده و جرقه بزند و بعد از آن فوراً الکترود از سطح فلز مبنا فاصله بگیرد که به این فاصله طول قوس جوشکاری (Arc Lenghth) گفته میشود.
اگر اندازه طول قوس جوشکاری از حد معمول زیادتر شود قوس خاموش میشود و چنانچه اندازه آن صفر شود اصطلاحاً می‌گویند الکترود به قلعه کار چسبیده و حداکثر شدت جریان از مدار عبور کرده و منبع قدرت آسیب می‌بیند.
۳) راهکارهای روشن نمودن قوس (Striking)
برای روشن نمودن قوس در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دو روش وجود دارد:
- کشیدن نوک الکترود روی فلز مبنا مانند کشیدن کبریت (روش کبریتی)
- نوک زدن الکترود روی فلز مبنا مانند نوک زدن پرندگان (روش نوک زدن)
در صنعت جوش از منبع قدرتی استفاده میشود که ولتاژ را کاهش و شدت جریان را افزایش دهد و هم چنین نمودار تغییرات ولتاژ بر حسب تغییرات شدت جریان را نیز مهم می باشد که برای فرآیندها و منابع قدرت مختلف فرق می کند که اکنون مورد بررسی قرار می‌گیرند.
۴) منبع قدرت و انواع منابع قدرت (Power Source)
عبور الکترون ها از میان یک رسانا را جریان الکتریکی گویند که طبق قرارداد از قطب منفی به قطب مثبت بوده و جریان الکتریکی به دو نوع جریان متناوب یا AC) Alternative Current) و جریان ( Direct Current ( DC تقسیم شده که جهت جریان در اولی دو طرفه و در دومی یک طرفه میباشد و نیز نمودار شدت جریان برحسب زمان برای AC سینوسی و برای DC یک خط راست میباشد.
منابع قدرت در جوشکاری با قوس الکتریکی به دو دسته مبدل و مولد تقسیم شده که در نوع مولد أن مانند موتور مانند موتور ژنراتور، دستگاه خودش برق تولید می‌کند.
۴-۱) ترانسفورماتور (Transformator)
ترانسفورماتور یک مبدل الکتریکی است که در آن برق از سیم پیچ اولیه عبور کرد در سیم پیچ ثانویه، با شدت جریان و ولتاژ دیگری تحویل گرفته میشود. بهتر است انواع روغن صنعتی را در این لینک بررسی کنید.
یک ترانسفورماتور ساده شامل یک هسته آهنی بوده که مانند شکل روی دو طرف آن سیم پیچ های اولیه و ثانویه قرار داشته که تعداد حلقه های سیم پیچ بسته به مقدار ولتاژ خروجی مورد نظر دارد. وقتی که یک جریان AC از سیم پیچ اولیه عبور می کنه باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی روی هسته آهنی میشود و این میدان خود باعث القاء ولتاژ AC روی سیم پیچ ثانویه میشود .
۴-۲) ژنراتور (Generator)
یک مولد جریان برق برای در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی بوده که خود توسط برق شهر یا موتورهای احتراق داخلی به حرکت در می‌آید. دو نوع منبع چرخان وجود دارد یکی از نوع ژنراتور و دیگری از نوع آلترناتور Alternator که در هر دو نوع یک قسمت چرخان به نام روتور Rotor و یک قسمت به نام استاتور Stator وجود دارد و جریان روی هادی الکتریکی Conductor متحرک که در یک میدان مغناطیسی است تولید میشود هر چند که هادی می‌تواند ثابت باشد و میدان مغناطیسی نیز بوجود بیاید. در ژنراتور میدان ثابت و هادی متحرک است و در آلترناتور عکس این میباشد.
۴-۳) ولتاژ مدار باز open – Cirrcuit Voltage ) OCV )
چنانچه دستگاه جوشکاری روشن ولی جوشکاری انجام نگیرد به ولتاژ موجود، ولتاژ مدار باز می‌گویند و چنانچه جوشکاری انجام بگیرد یعنی قوس زده شود به ولتاژ موجود ولتاژ مدار بسته Close – circuit voltage ) CCV ) و یا ولتاژ قوس می‌گویند. حال به منحنی ولت آمپر توجه کنید.
L1 و L2 اندازه طول قوس یعنی فاصله بين الكترود و فلز مبنا در دو حالت مختلف است. حال چنانچه جوشکار طول قوس اش برابر L1 باشد دارای شدت جریان I1 و ولتاژ V1 و چنانچه طول قوس خود را به L2 افزایش دهد، شدت جریان کم و ولتاز زیاد میشود. این تغییر طول قوس در بعضی موارد مطلوب نیست مانند جوشکاری دستی که طول قوس، موثر از دست جوشکار است و لذا در این مواقع باید با تغییرات طول قوس شدت جریان ثابت بماند. این با منحنی‌های ولت آمپر باشد جریان ثابت مانند زیر امکان پذیر است.
۴-۴) منبع قدرت با جریان ثابت (CC)
در برخی موارد منحنی ولت، آمپر را برای یک جریان ثابت نشان میدهد. منحنی آن افت کرده و برای تغییرات زیاد طول قوس و ولتاژ، جریان نسبتا ثابت می‌ماند و یا به عبارتی تغییرات شدت جریان کم است که این برای فرآیندهای جوشکاری دستی مانند جوشکاری الکترود دستی MMA و جوشکاری تیگTIG (جوشکاری آرگون) که در آینده درباره آنها توضیح داده خواهد شد مناسب زیرا که در این فرآیندها طول قوس توسط دست جوشکار تغییر می‌کند و به تغییرات طول قوس شدت جریان تقریبا ثابت می‌ماند.
شیب این منحنی ولت، آمپر توسط کنترل های روی دستگاه منبع قدرت قابل تنظیم است. بعضی از این دستگاه‌ها دارای یک کنترل و بعضی دارای دو کنترل هستند که در نوع اول فقط شدت جریان خروجی تنظیم میشود. ولتاژ مدار باز طبق شکل دارای یک شدت جریان معین است و قابل تنظیم نیست ولی با دستگاه های مجهز به دو کنترل میتوان، شدت جریان را برای ولتاژ مدار باز تعیین نمود. یعنی با کنترل دوم میتوان شیب منحنی ولت، آمپر را تغییر داد و این تغییر شامل شیب تند تا شیب کند بسته به شرایط جوشکاری مورد درخواست دارد.
۴-۵) منبع قدرت با ولتاژ ثابت (CV)
منبع قدرت با ولتاژ ثابت دارای یک منحنی ولت، آمپر تقریبا مسطح و افقی است و با یک تغییر کوچک ولتاژ یا به عبارتی با یک تغییر کوچک طول قوس یک تغییر زیاد در شدت جریان در حدود ۱۰۰۰ آمپر به وجود می‌آید.
این نوع منبع قدرت برای فرایند هایی که فلز پرکننده آنها از نوع تغذیه ای است مانند فرآیند جوشکاری GMAW مناسب است در این فرآیندها چنانچه منبع قدرت با جریان ثابت استفاده شود با تغییر ولتاژ شدت جریان تغییر محسوسی نمی کند و این موضوع در مورد این فرآیندها مناسب نمی‌باشد.
اما در منبع قدرت با ولتاژ ثابت فرض کنید که طول قوس صحیح برابر با L2 باشد حال چنانچه جوشکارطول قوس را کاهش دهد و ولتاژ قوس کاهش یابد، شدت جریان زیاد شده و فلز پرکننده تغذیه شده خیلی سریع ذوب شده و با کوتاه شدن فلز پرکننده تغذیه شده طول قوس افزایش پیدا کرده و مجددا به طول قوس L2 خواهد رسید.
۵) قطبیت (Polarity) در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
اتصال قطب مثبت یا منفی به الکترود درفرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW را قطبیت گویند. در جریان مستقیم چنانچه الکترود به قطب منفی (كاتد) و فلز مبنا را به قطب مثبت ( آند ) وصل کنند مقدار گرمائی که بوجود می آید در آن متعلق به الکترود و کم آن متعلق به فلز مبنا است که به آن DCSP می گویند ( Direct current Straight Polarity) و در بعضی منابع Electrode Negative ) EN ) می باشد.
حال برعکس چنانچه الکترود به قطب مثبت (آند) و فلز مبنا را به قطب منفی (کاتد) وصل کنند مقدار گرمائی که بوجود می آید آن متعلق به الکترود و به آن متعلق به فلز مبنا است که به آن Reverse Polarity ) DCRP )می گویند و در بعضی منابع Positive ) EP ) می باشد. مثلا چنانچه فلز نازک یا دارای نقطه ذوب پائین باشد می توان از DCRP استفاده کرد.
حال که با پدیده قوس، ولتاژ، شدت جریان، منبع قدرت و قطبیت آشنا شدید به بررسی فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW پرداخته می شود. از مزیت های فرآیند جوشکاری قوسی فلزی دستی میتوان به ساده، سبک و قابل حمل بودن فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW اشاره کرد ، که همین موجب شده که این فرآیند یکی از وسیع ترین کاربردها را در صنعت داشته باشد.
۶) مکانیزم تشکیل فلز جوش در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
هنگامی که قوس روشن شده و گرما بوجود می آید، این گرما باعث ذوب شدن لبه های فلز مبنا و نیز ذوب شدن نوک فلز پرکننده الکترود می شود که در این زمان مذاب لبه فلز مبنا و مذاب نوک الکترود هر کدام از یکدیگر جدا بوده و با هم تماس ندارند. در این مرحله در اثر عواملی نظیر نیروی ثقل و نیروی قوس، مذاب نوک الکترود از طریق ستون قوس یعنی منبع تولید گرما از منطقه دور می شود حاصل از فلز مبنا و فلز پرکننده ( الکترود) شروع به منجمد شدن می کنند که این انجماد، مذاب مایع متشکل از نوک الکترود و لبه فلز مبنا به صورت فلر جامد در می آید و نهایتا اتصال بین دولبه فلز مبنا به پایان می‌رسد.
هم چنین به فلز پرکننده ای که در جریان جوشکاری از الکترود، ذوب و در درز اتصال می نشیند را ته نشین شدنفلز جوش بر فلز مبنا گویند.
۶-۱) فلز مبنا Base Metal در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
اکثر فلزات را به راحتی و دیگر فلزات خاص را نیز با تدابیر خاص می توان با فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW نمود. فلز مبنا در این فرآیند می تواند فولادهای کربنی، کم آليازو زنگ نزن و نیز چدن با شد هم چنین آلومینیوم و آلیاژهای نیکل را میتوان توسط این فرآیند جوشکاری نمود.
۶-۲) فلز پرکننده Filler Metal در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
فلز پرکننده در این فرآیند می تواند یک مفتول توپر فلزی و یا یک میله توخالی فلزی باشد که اینها با هدایت جریان الکتریکی باعث روشن شدن قوس و تولید کرده می شوند و چون این مفتول توپر یا میله توخالی حاوی برق می باشد نام الکترود را به خود گرفته اند .
و نیز به علت اینکه به جز خود مفتول یا میله، ماده دیگری در این رابطه دخالت ندارد به آن الکترود لخت می گویند و هم چنین به خاطر ذوب شدن الکترود و تشکیل بخشی از فلز جوش، به آن فلز پرکننده و یا الکترود مصرفی می گویند.
در قدیم که توسط فرآیند جوشکاری با جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW انجام می گرفت به علت استفاده از الکترود لخت، مشکلاتی برای فلز جوش بوجود می آمد که مجبور شدند روی مفتول های توپر فلزی را توسط موادی خاص پوشش بدهند و نام الکترود روپوش دار را به آن اختصاص بدهند که این مواد خاص روپوش، هم زمان با خود الکترود ذوب شده و باعث مزایایی در جوش می شود که عبارت است از:
1- پایداری قوس فلزی ( قبلا اشاره شد که ماهیت قوس به خاطر عبور شدت جریان از ما بین فضای یونیزه شده بین الکترود و فلز مبنا است. بنابراین جنس مواد روپوش الکترود را از جنسی انتخاب می کنند که این فضای یونیزاسیون را به صورت مداوم و تا آخر نگه دارد).
۲- جلوگیری از تماس آتمسفر محیط با ستون قوس و حوضچه جوش ( با انتخاب مواد مناسب روپوش الکترود و در نتیجه و سوختن این مواد، دود و گازهایی تولید می شوند که خیمه بر روی جوش زده و از تماس آتمسفر محیط با قوس و جوش ممانعت می کند اما متأسفانه این دود و گاز برای شخص جوشکار و محیط او مضر است).
٣- جلوگیری از سریع سرد شدن جوش باز هم جنس مواد روپوش الکترود را طوری انتخاب می کنند که وقتی یک قطره مذاب از نوک الکترود به سمت حوضچه جوش ته نشین شد، یک فیلم بسیار نازک اطراف این قطره مذاب را احاطه کرده و از تماس ستون قوس با آتمسفر محیط جلوگیری کند و به محض اینکه قطره مذاب نوک الکترود وارد حوضچه جوش شد. این فیلم نازک ( Slag) که به گل جوش معروف است روی جوش شناور شده و وقتی که حوضچه مذاب جوش شروع به منجمد شدن می کند این فیلم نازک شناور شده شروع به منجمد شدن در بالاترین نقطه حوضچه مذاب جوش می کند و نهایتا روی حوضچه جوش یک پوستهایی از گل جوش بوجود می آید که این باعث حفاظت حوضچه جوش در حین منجمد شدن می شود و لذا از سریع سرد شدن در حین انجماد جلوگیری می کند و از بوجود آمدن فازهای تردد مارتنزیت جلوگیری می کند.
بدیهی است که پس از انجماد کامل جوش، می توان این گل جوش را از روی جوش توسط چکش گل زن جدا نمود.
۴- الیاژسازی: چنانچه نیاز باشد در حوضچه مذاب جوش، عناصری کم یا زیاد شود می توان توسط انتخاب آن عناصر در مواد روپوش الکترود و نهایتا از طریق راه یافتن آن عناصر هنگام ذوب شدن الکترود به حوضچه جوش به این حاجت نيز رسید.
۷) مشخصات طبقه بندی الکترودهای در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
انجمن جوشکاری آمریکا ( American Welding Society ( AWS مشخصه الکترود جوشکاری با قوس الکتریکی دستی را توسط یک حرف و یک عدد چند رقمی بیان می کنند مانند : EXXXX که E يعني الكترود به عنوان فلز پرکننده بوده و مخصوص فرایند MMA می باشد و دو رقم اول بیانگر استحکام کششی الکترود پس از جوشکاری و رقم آخر بیانگر نوع شدت جریان و نوع روپوش الکترود است. مثلا الکترود E7018 در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW یعنی الكترودی که برای فرآیند MMA و استحکام کششی آن Psi ۷۰۰۰۰ پوند بر اینچ مربع و مجاز به جوشکاری در تمام حالات و روپوش آن پودر آهن و کم هیدروژن و به عبارتی قلیایی و نوع شدت جریان آن متناوب(AC) و یا مستقیم با قطب معکوس می باشد.هم چنین الکترود E7010 در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW دارای همان استحکام کششی و حالات جوش، اما روپوش آن سلولزی است و نوع شدت جریان آن متناوب و یا مستقیم با قطب معکوس میباشد و نیز الکترود E6013 در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW دارای استحکام کششی (Psi) ۶۰۰۰۰ و مجاز به جوشکاری در تمام حالات و روپوش آن تیتان – پتاسیم و به عبارتی روتیلی و نوع شدت جریان آن متناوب و یا مستقیم می باشد.
۷-۱) انواع روپوش های الکترود در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
انواع رپوش های الکترود در فرآیند جوشکاری الکترود دستی به سه نوع روپوش برای الکترودهای SMAW تقسیم میشوند : ١- روتیلی ۲- سلولزی ۳- قلیایی
روپوش روتیلی در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
طبق طبقه بندی بالا الکترودهایی که رقم آخر آنها اعداد ۲، ۳ و ۴ باشد مانند E6013 الکترودهای روتیلی می باشند. علت انتخاب نام روتیلی بخاطر وجود مقدار زیاد تیتانیوم در روپوش الکترود است. این نوع روپوش الکترود دارای نفوذ کم ولی برای مصارف عمومی و انواع حالات جوشکاری کاربرد زیادی دارد.
روپوش سلولزی در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
الکترودهایی که رقم آخر آنها اعداد ۰ و ۱ باشد مانند E6010 , E7010الکترودهای سلولزی هستند ونام سلولز بخاطر نسبت زیاد سلولز در روپوش الکترود است. این نوع الکترود حفاظت حوضچه جوش را توسط تولید حجم زیادی از دی اکسید کربن، منوکسید کربن و هیدروژن انجام میدهد. الکترودهای سلولزی هم چنین دارای یک نفوذ خیلی زیادی هستند و به همین خاطر برای پاس های ریشه در خطوط لوله و مخازن به کار می روند و این نفوذ به حدی است که اگر تکنیک جوشکاری مناسب نباشد می تواند باعث بریدگی کناره جوش شود این الکترودها گل جوش خوبی تولید نمی کنند. روپوش الکترود سلولز دارای ۱۰ درصد رطوبت است و بنابراین نباید آن را قبل از مصرف باز پخت (پیش گرم کردن الکترود) نمود.
روپوش قلیایی در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
الکترودهایی که رقم آخر آنها ۵، ۶ و ۸ میباشد الکترودهای قلیایی هستند. به خاطر وجود مقدار زیاد آهک یا کربنات کلسیم در روپوش، این الکترودها به الکترودهای قلیایی معروف هستند. با باز پخت کردن الکترود در کوره های مخصوص، مقدار آب در روپوش کمتر شده و بنابراین فلز جوش ته نشین شده دارای هیدروژنی کم میباشد به همین خاطر به الکترودهای کم هیدروژن نیز معروف هستند. الکترود های قلیایی برای حفاظت حوضچه جوش، دی اکسید کربن تولید نکرده و بنابراین با یک قوس کوتاه باید جوشکاری شوند تا از ایجاد تخلخل در جوش جلوگیری شود . در جایی که ایجاد ترک به سبب وجود هیدروژن وجود دارد مانند جوشکاری فولادها با کربن زیاد و یا آلیاژی می توان از الکترودهای کم هیدروژن استفاده نمود . الکترودها به رطوبت حساس بوده و باید در پاکت های مخصوص مقاوم به نگهداری شوند زیرا هیدروژن وارد فلز جوش می شود. مقدار جذب رطوبت ان نیز در این الکترودها مهم است. بطور کلی برای بازپخت الکترود، از آون (oven ) یک کوره الکتریکی سبک و قابل حمل و نقل است استفاده می کنند.
مقاله { انواع الکـــــترودها به زبان ساده } را حتماً مطالعه فرماید.
۸) تجهیزات فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
همانطوریکه در شکل زیر نشان داده شده است یک مجموعه فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW عبارت است از:
١- منبع قدرت
٢- کابل جوشکاری
٣- الكترود گیر (انبر جوشکاری)
۴- فلز پر کننده (الکترود)
۵- فلز مبنا (قطعه کار)
۶- کابل اتصال
۸-۱) منبع قدرت فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW می توان هم از جریان AC و هم DC استفاده نمود که بسته به انتخاب نوع الکترود و نیز ضخامت فلز مبنا دارد. همانطور که در مقاله قبلی اشاره شد برای فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW از منحنی ولتاژ – آمپر با ولتاژ ثابت استفاده نمی شود زیرا در این فرایند حرکت دست جوشکار دخالت دارد و باعث تغییرات در اندازه طول قوس شده و به جای آن از منحنی ولتاژ – آمپر با آمپر ثابت استفاده می شود زیرا با تغییرات طول قوس، تغییرات محسوسی در شدت جریان بوجود نمی آید.
از مزایای جریان AC می توان افت کم ولتاژ از میان کابلهای جوشکاری و عدم انحراف قوس را نام برد و از طرفی از مزايا جریان DC می توان براحتی روشن نمودن قوس خوب و پایداری قوس مخصوصا در شدت جریان های پایین و نیز در طول قوس کوتاه و مناسب برای تمام حالات جوشکاری و نیز مناسب برای جوشکاری مواد نازک که قبلا در DCRP توضیح داده شد اشاره نمود.
برای تعیین شدت جریان بهترین پیشنهاد این است که مقدار شدت جریانی که شرکت سازنده الکترود توصیه نموده است را در نظر گرفت ولی چنانچه کاتولوگ پیشنهادی شرکت سازنده وجود نداشته باشد می توان از جدول زیر استفاده نمود و یا به ازاء هر یک میلی متر قطر الكترود، شدت جریان را ۴۰A گرفت. با فرمول زیر میتوان وارد بازه شدت جریان شد و مقدار قطعی آن بسته به شرایط کار دارد.
هم چنین برای تعیین مقدار ولتاژ قوس، به ازاء هر یک میلی متر طول قوس، ولتاژی برابر با ۶ . ۳ ولت در نظر می گیرند اندازه طول قوس برابر d 0.8 است که d برابر قطر الکترود است و منظور از قطر الكترود، قطر مغزی یا مفتول الکترود است نه قطر روپوش الکترود مد نظر است.
۸-۲) الکترود گیر ( انبر جوشکاری فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW)
انبر جوشکاری یک قسمت مهم از مجموعه تجهیزات فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW می باشد زیرا برای جوشکار، نگه داشتن و کنترل الکترود توسط انبر جوشکاری براحتی امکان پذیراست . جریان برق از مسیر کابل جوشکاری و سپس از طریق انبر جوشکاری به الکترود منتقل میشود و علت اینکه انتهای الکترود را حدود یک سانتی متر لخت می گیرند این است که الکترود، جریان برق را از انبر جوشکاری بگیرد. برای جلوگیری از شوک الکتریکی به دست جوشکار، دسته انبر جوش را عایق می گیرند. انبرهای جوش بسته به کاربرد و مصرفشان با ظرفیتهای مختلف در شدت جریان های مختلف ساخته میشوند.
کاربرد فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW یکی از پرکاربردترین فرآیندهای جوشکاری است مخصوصا برای اتصال فلزات و آلیاژهایی که در قسمت فلز مبنا شرح داده شد. این فرآیند به علت بودن و نیز قابل حمل بودن، یک فرآیند ایده آل به حساب می آید.
مزایا فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
تجهیزات این نوع فرآیند نسبتا ارزان و قابل حمل هستند و نیازی به گاز محافظ یا فلاکس کمکی نیست و کیفیت جوشها خوب بوده و برای مناطق و اتصالاتی که دسترسی به آن سخت است مناسب می باشد و برای اکثر حالات جوش استفاده نمود.
معایب فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
نرخ ته نشین الکترودهای روپوش دار کمتر از ته نشین شدن الکترودهای پیوسته می باشد. در الکترودهای قلیایی مسئله جذب رطوبت و جلوگیری از آن مشکل است. از طرفی به جوشکار با مهارت زیاد لازم است و نرخ تولید دود نسبتا بالا است.
ایمنی فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
در فرآیند SMAW خطرات زیر وجود دارد:
تشعشع قوس: جوشکار باید از تشعشع قوس محافظت شود. برای حفاظت چشمها نیز باید از ماسک جوشکاری با شیشه های فیلتر کننده استفاده شود. برای حفاظت پوست باید از دست کش و لباس های محافظتی استفاده میشود و نیز کارگرهای دیگر که اطراف قرار گرفته اند باید توسط پرده محافظت شوند.
سوختگی: سوختگی توسط پاشش جرقه و مذاب ایجاد شده و توسط کلاههای مختلف، دست کش، ژاکت و شلوار محافظت میشود.
دود: سیستم های تهویه باید برای خارج نمودن دود مخصوصا برای مناطق سربسته تعبیه شود.
شوک الکتریکی: باید از زخمی بودن و بریدگی کابل های جوشکاری مطمئن بود و در مناطق نم و رطوبت و روزهای بارانی جوشکاری انجام نگیرد.
مشاهدات کارگاهی فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
تغییرات طول قوس : چنانچه طول قوس زیاد می شود پاشش جرقه و مذاب (Spatter) بطور قابل توجهی روی فلز مبنا بوجود می آید و علاوه برآن آتمسفر هوا براحتی با فلز جوش ترکیب می شود و چنانچه طول قوس کم میشد، قوس خفه کار می کند و لذا فضای بین الکترود و فلز مبنا که همان مقاومت است کمتر شده و لذا گرمای کمی بوجود می آید و گرمای کم باعث فقط ذوب فلز پرکننده شده و مذاب سر الکترود فقط روی فلز مبنا چسبیده شده و نفوذ ( Penetration) در فلز مبنا بوجود نمی آید و در اصل جوشکاری انجام نگرفته است.
تغییرات شدت جریان : چنانچه شدت جریان زیاد می شود حوضچه مبنا باعث مصرف زیاد الکترود شده و هم چنین باعث ذوب زیاد فلز مینا می تواند یکی از عامل های بریدگی کناره جوش (Under Cut ) باشد شدت جریان کم یک حوضچه مذاب ناقص بوجود آورده و در نتیجه یک ذوب ناقص و یک نفوذ ناقص در فلز مبنا بوجود آمده و نیز سیالیت مذاب کم شده و سرباره، دودم فرصت فرار از فلز جوش را درنمی یابند و در آن حبس شده و باعث عیوب Slag Porosity میشوند.
تغییرات حرکت دست : چنانچه سرعت حرکت دست زیاد باشد باعث بوجود آمدن یک گرده جوش با پهنای کم، نفوذ کم، ذوب کم، ذوب ناقص و نیز وجود عيوب Slag و Porosity میشود و چنانچه سرعت حرکت دست کم شود باعث بوجود آمدن یک گرده جوش با پهنای زیاد و مصرف زیاد الکترود میشود.
نحوه استفاده از الکترود ها در فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی دستی SMAW
الکترود روتیلی : هنگام جوشکاری با الکترود روتیلی نظیر E6013 با شدت جریان ۹۰ آمپر مشاهده می شود که قطرات مذاب آن کوچکتر از الکترودهای قلیایی و ظاهر گرده جوش خوب و یکنواخت است و در موقع جوشکاری چنانچه مقدار آمپر به طور صحيح انتخاب شود گل روی جوش (Slag ) راحتی پس از سرد شدن جوش برداشته میشود و بنابراین در درزهای جناغی یا V شکل مخصوصا در پاس های اول میتوان به کار برد.
در موقع جوشکاری پایداری قوس الکتریکی و پاشش کم جرقه و مذاب به اطراف مشاهده می شود. هم چنین از دیگر مشخصات این الکترود می توان نرم بودن گرده جوش و اینکه قابل براده برداری و چکش کاری است را نام برد و نیز پوشش این الکترود نسبت به الکترودهای قلیایی کمتر بوده و می ریزد. کاربرد آن در کارهای عمومی مخصوصا در سازه های فلزی ، ماشین سازی ،واگن سازی ، دیگ سازی، کشتی سازی و پل سازی است.
الکترود قلیایی : ابتدا این الکترود E7018 را داخل آون یا کوره گذاشته که الکترود بازپخت شود زیرا هیچ نم و رطوبتی نباید در آن باشد و چون پایداری قوس الکتریکی آن مانند الکترود روتیلی نیست از شدت جریان بیشتر یعنی ۱۱۰ آمپر استفاده می شود و همچنین از یک طول قوس کوتاه تر و نیز جوشکاری با آن مشکل تر از الکترود روتیلی بوده و در آخر گل روی جوش (Slag) مانند الکترود روتیلی نیست.
الکترود سلولزی : چنانچه این نوع الكترود نظیر E6010 باشدت جریان ۹۰ آمپر جوشکاری می شود، قطرات و مذاب آن به صورت افشانی و اسپری بوده و قوس آن با صدای تند و نیز دودزا و با پاشش جرقه و مذاب زیاد می باشد. گل روی جوش (Slag) مانند الکترودهای قبلی نیز نبوده و فقط نفوذ خوبی به خاطر وجود هیدروژن دارد و اگر فلز پرکننده به اندازه کافی داده نشود باعث بریدگی کناره جوش خواهد شد. علاوه بر تغییرات بالا با رعایت نکردن بعضی اصول، عیوب زیر نیز می تواند وجود داشته باشد.
مزایای پیش گرم کردن قطعه در جوشکاری
الف) موجب برطرف شدن رطوبت موجود در محل جوش می گردد.
ب) موجب ازدیاد نفوذ می گردد.
ج) موجب کاهش سرد شدن جوش میشود که این عمل خود باعث کم شدن سختی شده و هیدروژن جذب شده بهتر به خارج نفوذ می کند که در نتیجه احتمال بروز ترک را کاهش میدهد.
د) موجب کاهش تنش های باقیمانده در فلز گردیده و در نتیجه امکان ترک کاهش می یابد.
کنترل کیفیت جوش
الف) کلیه جوش های لوله و اتصالات را باید کاملاً از نظر ظاهری کنترل نمود. جوش قابل قبول جوشی است که با مهارت و به طور یکنواخت در سرتاسر محل اتصال انجام شده و از نفوذ کافی برخوردار باشد.
ب) بازرسی و کنترل کیفیت جوش ها به وسیله مهندس ناظر انجام خواهد شد و در صورت لزوم جهت بررسی نفوذ ریشه جوش و عیب داخلی، نمونه هایی از جوش های انجام شده بریده خواهد شد .
در صورتی که کیفیت جوشکاری مورد تأیید مهندس ناظر نباشد مهندس ناظر می تواند از ادامه کار جوشکار جلوگیری نماید.
جوش هایی که به وسیله مهندس ناظر معیوب تشخیص داده شوند باید سنگ زده شوند و مجددا جوشکاری شوند.
برای مطالعه سیر تا پیاز آموزش جوشکاری آلومینیوم را مطالعه کنید.