سیر تا پیاز انواع فرآیندهای جوشکاری

دسته بندی ها :
سیر تا پیاز انواع فرآیندهای جوشکاری

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.

تاریخچه جوشکاری

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 فرآیندهای 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

فرآیند جوشــکـــاری قوسی

فرآیند جوشکـــــــاری با گاز اکسیژن و سوخت

فرآیند جوشکـــــاری مقاومتی

۱) فرآیند های 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.

انواع 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

 

۱-۱ ) 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

۱-۲) جوشکــــاری زیرپودری Submerged Arc Weld

جوشکاری زیرپودری ، به انگلیسی (submerge arc weld)  که مخفف آن (SAW) است . یکی از فرایندهای جوشکاری قوسی است که در آن، نوک الکترود داخل پودری از مواد معدنی ویژه قرار می‌گیرد و قوس در زیر این پودر در امتداد مسیر جوشکاری تشکیل می‌شود.

این نوع جوش در حدود سال ۱۹۳۰ میلادی در کشور آمریکا و بعلت محدود های موجود با روش جوشکاری الکترود دستی اختراع شد مهمترین این عوامل به شرح زیر بودنند :

 

 نارسانا بودن پوشش محافظ در روش جوشکاری الکترود دستی ، تماس الکتریکی بین منبع تغذیه الکتریکی و الکترود غیرممکن است .

رول کردن الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی موجب جدا شدن پوشش آن می‌گردد.

تماس پوشش الکترود با قرقره‌های تغذیه کننده الکترود باعث خرد شدن پوشش می‌شود.

 

جوشکاری زیرپودری می‌تواند به ۳ روش نیمه خودکار، خودکار و ماشینی انجام گیرد .

الف) روش نیمه خودکار در این روش جوشکاری با استفاده از نازل جوشکاری دستی که وظیفه انتقال الکترود و پودر محافظ را دارد، انجام می‌شود. تغذیه سیم جوش به صورت خودکار بوده و پودر محافظ تحت اثر نیروی گرانش از مخزن با ته مخروطی یا تحت فشار هوا توسط شیلنگ به محل اتصال، انتقال می‌یابد و کاربرد این روش در سرعتهای متوسط و برای الکترودهای با قطر کم می‌باشد.

ب ) روش خودکار جوشکاری زیرپودری به روش خودکار توسط دستگاه و کنترل کننده‌های خودکار، بدون دخالت کاربر انجام می‌گیرد.

ج) روش ماشینی

جوشکاری توسط ماشین انجام گرفته ولی شروع، پایان، نظارت بر جوشکاری، کنترل سرعت و تنظیم متغیرهای جوشکاری توسط کاربر انجام می‌گیرد.

 

جوشکاری زیرپودری دارای مزایای زیادی از جمله جوشکاری بدون دود و تشعشع ؛ کیفیت بالای جوش ؛ جوش با سطح هموار و بدون پاشش قطرات مذاب ؛ رسوب الکترود با بازدهی بالا ؛ جوشکاری با سرعت بالا ؛ بی‌نیازی از جوشکار ماهر است و جوشکاری زیرپودری بطور گسترده در جوشکاری مخازن تحت فشار ؛ خطوط لوله ؛ مخازن ذخیره ؛ سازه‌های سنگین ؛ کشتی سازی ؛ ساخت واگن‌های راه‌آهن استفاده میشود .

 

جوشکاری زیر پودری

۱-۳ ) 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 .

جوشکاری با گاز محافظ

۱-۴ ) جوشکاری تیگ  TIG (تنگستن)
جوشکاری تیگ ( Tungsten Inert Gas (TIG  یا (Gas Tungsten Are Welding (GTVW فرآیند جوشکاری با الکترود تنگستنی و گاز محافظ ، یک فرایند جوشکاری ذوبی بوده و حرارت لازم برای ذوب فلز پایه و سیم جوش مصرفی از طریق تشکیل قوس الکتریکی بین الکترود تنگستنی ( غیر مصرفی ) و سطح گاز ایجاد می گردد. در این فرایند برای محافظت قوس الکتریکی، حوضچه جوش و مناطق حرارت دیده اطراف از گاز خنثی استفاده می گردد. جوشکاری تیگ (TIG) می تواند با اضافه کردن و یا بدون فلز یک پرکننده (سیم جوش) مورد استفاده قرار گیرد. جوشکاری تیگ  TIG   (فرایند جوشکاری  تنگستن ) به عنوان یک روش مناسب برای بسیاری از صنایع ضروری شده است. زیرا جوش با کیفیت بالا ایجاد می کند و تجهیزات کمی نیاز دارد. هدف بحث و بررسی اساس فرایند، تجهیزات مورد استفاده و نکات ایمنی آن است در ابتدای دهه ۱۹۲۰ امکان استفاده از گاز هلیوم برای محافظت از قوس الکتریکی و حوضچه جوش مطرح شد. در آن زمان هیچ پیشرفتی در این روش انجام نشد. در جنگ جهانی دوم وقتی که نیاز زیادی به توسعه صنعت هواپیمایی احساس شد به جای پرچ کردن اتصالات فلزاتی نظیر آلومینیوم و منیزیم از جوشکاری تیگ (Tungsten Inert Gas (TIG استفاده شد. با استفاده از الکترود تنگستنی و ایجاد قوس با جریان مستقیم الکترود منفی یک منبع گرمایی مؤثر و با ثبات ایجاد شد که با جوشهای عالی می توانست ایجاد شود گاز هلیوم برای عمل محافظت انتخاب شد چون در آن زمان تنها گاز خنثی بود که به آسانی در دسترس بود فرایند جوشکاری با الکترود تنگستنی و گاز محافظ به جوشکاری تیگ TIG معروف شده است.
نام های دیگر جوشکاری تیگ TIG
این نوع جوشکاری  طبق استاندارد فنی انجمن جوشکاری آمریکا (AWS) ، این فرآیند را  (GTVW) نام گذاری کرده است . زیرا برای محافظت می توان ترکیبی از گازهایی که خنثی نیست را برای کاربردهای معینی استفاده نمود برای مثال می توان از گاز فعال   CO  برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن آستنیتی استفاده نمود از روزهای نخستین اختراع این فرآیند در تجهیزات آن پیشرفت های زیادی حاصل شده است مخصوصأ منابع نیرو جریان برای این فرایند توسعه یافته اند. منبع های هوا خنک و آب خنک نیز پیشرفته شده اند. برای بالا رفتن قابلیت انتشار و پختن الکترونها از سطح الكترود تنگستنی جوشکاری تیگ  TIG  درصد کمی از عناصر فعال به صورت آلیاژ به الکترود تنگستنی اضافه شده است که این امر باعث بهبود بخشیدن به شروع قوس پایداری قوس و طول عمر الکترود شده است. گازهای محافظ مخلوط برای بهتر شدن خصوصیات قوس معرفی شده است.
معرفی فرآیند جوشکاری تیگ  TIG
در فرآیند جوشکاری تیگ TIG  از یک الکترود تنگستنی ( با آلیاژ تنگستن ) مصرف نشدنی که در داخل مشعل قرار گرفته است، استفاده می گردد. از گاز محافظ که از سر نازل خارج می شود برای حفاظت از الکترود، حوضچه جوش مذاب و جلوگیری از تأثیر مخرب منشی عناصر موجود در هوا استفاده می گردد.  فرآیند جوشکاری تیگ TIG  دارای مزایای فراوانی از جمله جوش با کیفیت بالا و بدون عیب ؛ جوشکاری  بدون پاشش جرقه ؛ کنترل عالی در نفوذ جوش پاس ریشه و جوشکاری ورقهای نازک را نام برد .  فرآیند جوشکاری تیگ TIG   دارای محدودیت هایی از جمله نرخ رسوب در این فرایند کمتر از روشهای دیگر جوشکاری با الکترود مصرف شدنی ؛ مهارت بالای جوشکاری نسبت به فرآیندهای دیگر دارد و مقرون به صرف نبودن برای  جوشکاری ورقهای ضخیم تر از ۱۰ میلیمتر اشاره کرد .

جوشکاری تیگ

۱-۵ ) جوشکاری پلاسما

جوشکاری قوس پلاسما Plasma Arc Welding  یک فرایند قوس الکتریکی مشابه فرآیند جوشــکــاری با گاز محافظ (GTAW) است. قوس الکتریکی بین الکترود (که معمولا تنگستن متخلخل ساخته شده است) و قطعه کار تشکیل شده است. تفاوت کلیدی جوشکاری قوس پلاسما  با فرآیند جوشــکــاری با گاز محافظ ؛  قرار دادن الکترود درون بدنه مشعل در فرآیند پلاسما است . انرژی قوس در جوشــکــاری پلاسما  بسیار متمرکز تر و پایدار تر از روش جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی TIG است در نتیجه جوشکاری پلاسما قابلیت نفوذ عمیق تر و جوش باریکتری را تولید می کند. این به این معنی است که نسبت عمق به عرض بیشتر از سایر روش ها است.

قوس پلاسما را می توان برای جوشکاری یا برش استفاده کرد، بنابراین می توان مشعل های پلاسما را نیز فراهم آورد که می توانند جوشکاری یا برش پلاسما را انجام دهند.

پلاسما به معنی گاز یونیزه شده می‌باشد. به دلیل اینکه این گاز در این درجه حرارت و حالت از قانون گازها پیروی نمی‌کند، حالت چهارم وجود ماده به آن گفته می‌شود (جامد، مایع، گاز، پلاسما) چنانچه هوا یا گاز در قوس الکتریکی شرایط گذار به حالت پلاسما را بیابد قوس مربوط دارای انرژی حرارتی بسیار زیادی خواهد شد. پلاسمای قوس حالت موقتی گاز است. گاز پس از عبور جریان الکتریکی از طریق آن، یونیزه می شود و به یک هادی برق تبدیل می شود. در اتم های حالت یونیزه، الکترون ها (-) و کاتیون ها (+) شکسته می شوند و سیستم شامل مخلوطی از یون ها، الکترون ها و اتم های بسیار پر انرژی  است. 

 

کاربرد و مزایای جوشــکــاری پلاسما

در ابتدا بايد يادآوري كنيم كه پروسه برش و جوش پلاسما تنها در مواد هادي جريان الكتريسيته قابل اجرا است . در واقع در اين روش با عبور پلاسما از ميان تورچ و خوردن آن به ماده شكلي از انرژي از يك چشمه انرژي به ماده انتقال پيدا مي كند و ماده بريده مي شود . پروسه برش پلاسما بر خلاف پروسه برش هوا گاز بيشتر بر گرماي زياد براي ذوب و سرعت بالاي گاز تكيه دارد نه بر اكسيد شدن ماده . به اين ترتيب از اين روش مي توان هم براي فلزات آهني و هم براي فلزات غير آهني مانند آلومينيوم استفاده كرد . با اين روش ديگر مشكل اكسيد مقاوم بعضي از فلزات وجود ندارد . فرآيند جوشكاري پلاسما به صورت اتوماتيك و دستي قابل دسترس است . اين دو روش در عمليات مختلف اعم از جوشكاري در حجمهاي بالا ( مثل ورقها ي فولادي ) تا جوشكاري دقيق مثل ابزارهاي جراحي استفاده مي شود . به عنوان مثال در جوشكاري ماشيني مي توان از تعمير پره هاي موتورها جهت نام برد و براي جوش دستي مي توان به جوشكاري تجهيزات آشپزخانه و مواد غذايي و لبني اشاره كرد جوشکاری پلاسما

۲) 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

 

 

برچسب ها :

مطالب مرتبط

نظرات شما

0
X
آموزش صفر تا صد آشنایی با بلبرینگها
لطفا ایمیل خود را وارد کنید
یک دو سه صنـعت در سال 1396 بــمنظور دسترسی سریعتر و مطمئن تر صنعتـگران به کالای صنعـتی مورد نیـازشان به وجود آمده است و ما امیــدواریم که بتـــوانیـم گوشـه کوچکی از تلاش شما را جبران کنیم
برای پاسخ راحت تر پیام بگذارید
تلفـن و تلگـرام پشتیبانی
کد تخفیف برای کاربران ارزشمند یک‌دو‌سه صنعت
نام و نام خانوادگی :
ایمیل :
با تشکر تا دقایقی دیگر ایمیل به دست شما خواهد رسید !!