تاریخچه جوشکاری از آغاز تا امروز

بشر از ابتدای تاریخ تمدن خود همواره به دنبال ابداع روش های آسان تر و کامل تری برای ساخت قطعات مورد نیاز خود بوده است. شاید بتوان ریخته گری را از قدیمی ترین ابداعات انسان برای شکل دادن قطعات مورد نیاز فلزی خود دانست، اما ریخته گری محدودیت های خاص خود را دارد و نمی تواند به سهولت و در همه جا مورد استفاده قرار گیرد.

بنابراین اتصالات به انواع مختلف ابداع شدند تا انسان بتواند از اتصال چند قطعه به شکل دلخواه خود برسد. بشر اولیه زمانی که فلز را شناخت و به نحوه ذوب و ریخته گری آن پی برد، در زمینه اتصال قطعات فلزی تلاشهای زیادی کرد و توانست لحیم کاری و بعضی از روشهای ساده جـوشــــکاری را ابداع نماید. در کاوش های باستان شناسی دستبندهای طلائی پیدا شده است که مربوط به دوران ما قبل تاریخ بوده و سر این دستبندها به وسیله ضربات چکش، جـــوشــکاری شده است.

در جواهرات قدیمی ذرات ریز طلا را به وسیله صمغ درخت و نمک مس به هم چسبانده، سپس آن را آتش می زدند. در اثر حرارت حاصل از سوختن صمغ درخت، فلز مس احیا شده و با طلا ترکیب می شد و بدین ترتیب جوشکاری قطعات ریز طلا انجام می گرفت. رومیان قدیم از آلیاژهایی برای لحیم کاری استفاده می کردند که هنوز هم در صنعت امروزی کاربرد دارند.

تاریخچه جوشکاری

توسعه فرآیند جوشکاری با انقلاب صنعتی

جوشکاری به صورت امروزی در قرن نوزدهم اهمیت بیشتری پیدا نمود و پیشرفت کرد. فرآیندهای جـــوشکـــاری در طی تاریخ خود همواره در جهت اتصالات کامل تر، کاراتر و آسان تر بوده و آنچنان در حال حاضر با روح صنعت پیوند خورده است که هیچگاه جدایی از آن ممکن نخواهد بود.

 سنگ بنای متدهای معمولی جوشـکـــاری بعد از شیوه های ابتدایی اتصال لبه های گداخته قطعات فلزی بوسیله ضربه های چکش که از دیر باز رواج داشته است توسط Berndas در سال ۱۸۸۷ گذاشته شد که موفق شد با الکترود ذعالی و ایجاد قوس الکتریکی حوضچه مذابی برای اتصال قطعات ایجاد کند دانشمند دیگر روسی بنام Slavianir روش الکترود ذوب شونده را اختراع نمود ، و یک صنعتگر به نام Oscar Kjelberg الكترود فلزی پوشش دار را ابداع کرد و موجب محافظت از گرده جوش و پایداری قوس الکتریکی و یکنواخت شدن جوش گردید و سرانجام در سال ۱۹۱۸ اولین قایق تعمیراتی با جوشکاری تمام اتصالاتش به آب انداخته شد و از اواخر سال ۱۹۳۰ احداث پل ها و خطوط راه آهن و ساخت کشتی های اقیانوس پیما با روش جوش دادن به سرعت آغاز شد .

 که این سیر شتابان هم اکنون نیز ادامه دارد و روز به روز تکنیک ها و کاربرد های جوشــــکـاری اضافه می گردد تا جایی که دامنه آن بر غیر ملزومات نیز گسترده شده است. امروزه بیشتر از حد روش جـــوشــکاری، برش کاری و لحیم کاری اختراع شده و جوشکاری را به عنوان یک شاخه علمی مطرح نموده است و دارای شاخه های متعددی در زمینه فرایندهای جوشکاری، طراحی، بازرسی، متالوژی و غیره می باشد و جمعیت زیادی را در این صنعت مشغول به کار نموده است.

تعریف فرآیند جوشکاری

جوشــکــاری یکی از روش های تولید می باشد که هدف آن اتصال دائمی مواد مهندسی به یکدیگر است این مواد می‌توانند فلزی سرامیک پلیمر یا حتی کامپوزیت باشد .

انواع فرایندهای جوشکاری

فرایندهای جــوشــکاری  را می‌توان به دو دسته فرایند جوشکـــاری ذوبی  (Fusion Welding) و فرایند جوشکــاری حالت جامد   (Solid State Welding)  تقسیم بندی کرد .

انواع فرآیندهای جوشکاری ذوبی

فرایندهای جوشــکـــاری قوسی

جوشکـــاری قوسی یک فرآیند جوشکاری است که در آن حرارت به وسیله یک قوس الکتریکی بین یک الکترود و قطعه کار به وجود میآید. قوس الکتریکی یک تخلیه الکتریکی بین دو الکترود از میان گازهای یونیزه شده میباشد.

 جــوشــکاری قوسی  (  arc welding) یک روش جوشکــاری است که از یک منبع تغذیه جوشکاری (welding power supply   )  برای ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود ( electrode)    و ماده پایه و ذوب کردن فلزات در محل جوش استفاده میکند. جریان میتواند مستقیم DC   و یا متناوبAC    و الکترودها و مصرفی و یا غیر مصرفی باشند. منطقه جوش معمولا توسط برخی از انواع گاز محافظ shielding gas، بخار یا سرباره slag محافظت میشود. فرآیندهای جوشــکاری قوس الکتریکی میتوانند دستی، نیمه اتوماتیک و یا اتوماتیک کامل باشند.

روش‌های جوشـــکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

  • جوشکاری با الکترود دستی پوشش‌دار (SMAW)(shield metal arc weld)
  • جوشکاری زیرپودری (SAW)(submerge arc weld)
  • جوشکاری با گاز محافظ (GMAW یا MIG/MAG)
  • جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی (GTAW یا جوشکاری TIG)
  • جوشکاری پلاسما

فرایند جوشکاری حالت جامد

جوشـــکــاری حالت جامد

جوشـــکاری حالت جامد، گروهی از فرآیندهای جوشـــکــاری هستند که در آنها، پیوستگی مواد در دماهایی زیر نقطه ذوبشان رخ می‌دهد. ‌این پیوستگی بدون ذوب فلز پایه اتفاق می‌افتد. ‌در این فرآیندها از هیچ ماده پرکننده لحیمی استفاده نمی‌شود. ممکن است در این فرآیندها فشار استفاده شود یا نشود.‌ در این روش‌‌، فلزات اتصال، خواص اولیه خود را حفظ می‌کنند. ‌مشکلات ناشی از ناحیه متاثر از حرارت ‌در این فرآیندها دیده نمی‌شود. در جوشکاری مواد غیر هم جنس، اختلاف ضریب انبساط حرارتی و هدایت گرمایی مواد از اهمیت بسیار کمتری‌ برخوردار است.

روش‌های جوشــکــاری حالت جامد عبارت‌اند از:

این گروه شامل جوشــــکاری سرد، جوشکاری نفوذی، جوشکاری اصطکاکی، جوشکاری پتکه‌ای، جوشکاری انفجاری، جوشکاری فشاری داغ، جوشکاری نوردی، و جوشکاری فراصوتی است.‌

روش‌هایی که بیشتر متداول هستند شامل موارد زیر است.

  • جوشــــکـاری اصطکاکی Friction welding
  • جوشـــکـاری فشاری Pressure welding
  • جوشـــــکـاری آهنگری یا پتکه‌ای Forge welding
  • جوشـــــکـاری با امواج صوتی Ultrasonic welding

مهمترین فرآیند های جوشکاری

جوشکاری قوسی فلزی دستی  SMAW یا MMA

جوشـــکـــاری با قوس الکتریکی دستی  SMAW یا MMA بر اساس ایجاد قوس به وجود می آید ، اما  مکانیزم ایجاد قوس چیست؟ در اثر ایجاد قوس الکتریکی ، انرژی گرمایی و انرژی نورانی بوجود آمده که از گرما برای ذوب نمودن فلز مبنا استفاده شده و انرژی نورانی آن نیز مضراتی دارد که باید از آن دوری جست.

اساس جوشـــکــاری با قوس الکتریکی دستی قوس الکتریکی (ELECTRIC ARC) است ، تخلیه الکترون ها از طریق فضای یونیزه ما بین دو قطب مثبت و منفی در یک مدار الکتریکی را قوس می گویند ، ایجاد قوس اساس فرآیندجوشکاری با قوس الکتریکی است،که در آن انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی تبدیل می شود. انرژی حرارتی دارای کاربرد حرارتی و انرژی نورانی دارا میباشد که در صنعت جـــوشکـــاری از انرژی حرارتی جهت جوش و برش استفاده شده  و خطرات انرژی نورانی را توسط وسایل مخصوص کاهش می دهند .

معمولاً یکی از قطب های مثبت و منفی را فلز مبنا و قطب دیگر را الکترود فلزی تشکیل می دهد و بنابراین به آن قوس فلزی می گویند که از این به بعد بجای واژه قوس الکتریکی به کار میرود .

جوشکاری با قوس دستی

فرآیند جوشکاری با گاز محافظ  (GMAW)

 جوشـکـاری با گاز آرگون – جوشکاری با گاز کربن دی اکسید – جوشــکـاری میگ – Gas Metal Arc Welding

فرآیند جوشــکــاری با گاز محافظ (  GMAW)  ، فرآیندی است که گرما توسط قوس بین الکترود و قطعه کار بوجود می آید. الکترود یک سیم جوش توپر است که پیوسته به محل جوش تغذیه شده و مصرف می شود. حفاظت الکترود، ستون و حوضچه مذاب جوش وحتی قسمتی از فلز مبنا که نزدیک محل ذوب است با کامل توسط یک گاز یا ترکیب گاز انجام می گیرد.

 در فرآیند جوشـــکـاری با گاز محافظ گاز محافظ باید یک حفاظت کامل و خوب را انجام دهد زیرا اندک ذره مضر از طرف آتمسفر محیط به راحتی وارد مذاب شده و باعث آلوده شدن فلز جوش ته نشین شده میشود.

فرآیند جوشـــکــاری با گاز محافظ (جوشـــکــاری CO2) شامل دو نوع اتوماتیک و نیمه اتوماتیک است که در هر دو اندازه طول قوس و سرعت تغذیه الکترود ثابت بوده و در نوع اتوماتیک آن علاوه بر این، سرعت حرکت تورچ و حالت قرار گرفتن تورچ نسبت به درز جوش نیز ثابت است و در نوع نیمه اتوماتیک آن سرعت حرکت تورچ و حالت آن بسته به مهارت جوشکار دارد .

فرآیند جوشــکــاری با گاز محافظ در سال ۱۹۴۸ در USA بوجود آمد و در آن زمان این فرایند تحت نام میگ (MIG) یا Metal Inertgas فرآیند جوشــــکــاری میگ یعنی جوشکاری با الکترود مصرفی شدنی فلزی و گاز محافظ خنثی نامیده میشد و توسط گازهای خنثی هلیم و آرگون برای جوشکاری آلومینیوم به کار می رفت و سپس این فرآیند برای جوشــکــاری فولاد نیز توسط گاز CO۲ به کار رفت و در سال ۱۹۵۳ نام جوشکاری CO2 یاجوشـکـــاری مَگ   Metal Active Gas ) MAG ) به معنای گاز محافظ فعال را به خود اختصاص داد و در نهایت در سال ۱۹۷۳ از ترکیب دو نوع و فرآیند MIG و MAG نام جـــوشـــکاری قوسی فلزی با گاز محافظ  (GMAW ) را برای کل فرآیند نام گذاری شد .

فرآیند جوشکاری با گاز محافظ