اين روش که در برخی منابع، جوشکاری قوسی با الکترود دستی (Welding Manual Metal Arc) ناميده می شود و يا در اصطلاح عاميانه جوش برق به آن گفته می شود قديمی ترين ، ساده ترين و مهمترين روش قوسی از نظر قابليت تغيير پذيری بحساب می آيد. جالب است بدانيد که در حدود 50% از کل جوشکاری های صنعتی با اين روش انجام می شود. در اين روش از الکترود فلزی که روپوش غيرفلزی از مواد فلاکس (سرباره ساز) دارد هم برای ايجاد قوس و هم تغذيه فيلرمتال استفاده میشود.حرارت توليد شده سبب ذوب شدن نوک الکترود ، روپوش الکترود و لبه های اتصال می شود و پس از دور شدن قوس الکتريک، حوضچه مذابی که مخلوطی از مواد موجود در روپوش الکترود و مذاب حاصل از نوک الکترود و فلزات پايه میباشد، جامد شده و ناحيه جوش را بوجود میآورد.
جريان الکتريکی معمولاٌ در رنج 50-300A بوده و توان کمتر از حد 10Kw مورد نياز است. جريان DC و يا AC هر دو میتوانند برای جوشکاری استفاده شوند و قطبيت (Polarity) الکترود میتواند مثبت (قطبيت معکوس) و يا منفی (قطبيت مستقيم) باشد. انتخاب آن بستگی به نوع الکترود؛ نوع فلز پايه، اتمسفر جوشکاری و عمق ناحيه حرارت ديده دارد. اگر شدت جــريان خيلــی کم باشد ذوب ناقص و اگر شدت جريان خيلی زياد باشد سبب آسيب ديدن روپوش الکترود میشود و کارائی آنرا کاهش میدهد.
در اين روش قوس الکتريکی توسط پودر فلاکس پوشانده می شود و عملا” قوس الکتريکی قابل مشاهده نيست . فلاکس مورد استفاده تقريبا” همان نقش روپوش الکترود دستی را دارد. پودر فلاکس که حاوی دانههای آهک ، سيليس ، اکسيد منگنز ، فلورايد کلسيم و ديگر عناصر میباشد لايه مذاب کلفتی بر روی فلز مذاب حوضچه جوش تشکيل میدهد که از پاشش و ترشح جوش، تشعشع حرارتی و پراکندگی دود جوشکاری جلوگيری می نمايد و از اين نظر نسبت به روش SMAW مزيت دارد. همچنين فلاکس نقش سد حرارتی را بازی کرده و سبب می شود تا عمق نفوذ جوش بيشتر شود.
فلاکس به دو حالت مصرف میشود. فلاکس فيوز شده که مخلوط خشکی است که قبلاٌ ريخته شده و در برابر جذب هيدروژن مقاوم باشد. نوع دوم اگلــومره آن است که توسط چسب سيليکاتی بصورت گلولههای کوچک در آمده است و امکان جمع آوری آنرا آسانتر میسازد. الکترود بفرم سيم توپر با قطر 1.5-10 mm که بصورت کلاف میباشد و بصورت نوار استفاده میشود که معمولاٌ بصورت تک به درون قوس تغديه میشوند. جريان الکتريکــی در رنج 400-2000A است که بصورت DC و يا AC و با ولتاژ تا حدود v440 اعمال میشود. بنابراين نرخ رسوب در اين روش بسيار بالا بوده و لذا سرعت جوشکاری خيلی زياد است و اين خود يک مزيت منحصر بفرد خصوصا” برای اتصال ضخامتهای کلفت بشمار میرود. (سرعت تا حدود 5 m/min میتواند افزايش يابد).
اين روش برای جوشکاری انواع فولادها (فولادهای آلياژی ، زنگ نزن و …) و برخی از فلزات غيرآهنی همچون Ti و AL بکار میرود. اين روش معمولا” برای ضخامتهای بالای 6mm توصيه میشود چرا که نرخ رسوب بالا سبب کاهش زمان و هزينه توليد میشود . برای مثال بهره وری اين روش در مقايسه با روش الکترود دستی در حدود 4-10 برابر بيشتر است. کيفيت جوش و پروفيل جوش خيلی خوب است و جوش از چقرمگی و فرم پذيری (مقاومت به ضربه) خوبی برخوردار است. ميزان هيدروژن جوش در اين روش کمتر از الکترودهای روپوش دار میباشد.
در هر حال محدوديتهائی نيز برای اين روش ذکر شده است. برای مثال چون قوس الکتريکی غيرقابل مشاهده میباشد لذا لازم است قبل از جوشکاری ، حرکت الکترود (که در اين روش بصورت کاملا” اتوماتيک انجام میشود) و انتخاب متغيرهای جوشکاری و ساير عوامل بخوبی تجربه و تنظيم شده باشند و سپس عمليات جوشکاری شروع شود چرا که حين جوشکاری چون امکــان مشــاهده قوس وجود ندارد بنابراين درست يا نادرست بودن شرايط قابل درک نمیباشد. همچنين آماده سازی لبــه های اتصــال و تنظيم درز اتصال (Joint gap) نيز بايد بدرستی و از پيش تنظيم شده باشد.
از آنجائيکه فلاکس از طريق يک لوله و تحت اثر وزن خود بر روی محل جوش تغذيه میشود، بنابراين از اين روش فقط در حالتی که خط جوش بصورت افقی باشد میتوان استفاده کرد، چرا که در وضعيتهای ديگرکنتــرل مذاب و سرباره و رساندن فلاکس به محل جوش دشوار خواهد بود. البته برای جوشهای محيطی دور لوله ها و موارد ديگر چنانچه امکان چرخاندن قطعه وجود داشته باشد میتوان از اين فرآيند استفاده نمود.
در اين روش که اغلب MIG/MAG ناميده میشود ناحيه جوش توسط دمش گاز محافظ که از منبع خارجی تأمين میشود همچون گاز آرگون و هليم و دی اکسيد کربن و يا مخلوطی از اين گازها پوشانده میشود. اگر از گازهای خنثی مثل AR و He استفاده شود قوس پايدار که حاصل آن ترشح کم، جوش صاف و با کيفيت عالی است حاصل میآيد. در هرحال اگر چه اين گازها گران هستند ولی استفاده از آنها در جوشکاری فلزات غيرآهنی اجتناب ناپذير میباشد. دی اکسيد کربن و نيتروژن (N2, Co2) گازهای ارزانتری می باشند ولی ترشح جوش بيشتر بوده و ظاهر جوش ناصاف خواهد بود. يادآوری میشود که استفاده از گاز Co2 برای جوشکاری فولادهای با کربن کمتر از %0.15 همچون فولادهای زنگ نزن مارتنزيتی توصيه نمیشود چون احتمال جذب کربن و کاهش خواص استحکامی و مقاومت به خوردگی وجود دارد. بعلاوه اين گاز برای فولادهای پرکربن نيز توصيه نمیشود چونکه احتمال تجزيه Co2 و اکسيداسيون فولاد وجود دارد که منجر به تخلخل در جوش خواهد شد.
فلز پرکننده که در اين روش نقش الکترود با قطبيت مثبت را هم دارد بفرم سيم و بصورت کلاف بطور اتوماتيک توسط نازل مخصوص به درون حوضچه جوش تغذيه میشود. علاوه بر وجود گاز محافظ، درون الکترود (سيم جوش) نيز مواد و عناصر اکسيژن زدا معمولا” وجود دارد تا از اکسيداسيون قطرات فيلرمتال و حوضچه مذاب جلوگيری نمايد. در اين روش جوش حاصله عاری از لايه فلاکس بوده و بنابراين در جوشکاريهای چند پاسه ديگر نيازی به زدودن فلاکس لايه قبلی نمی باشد و اگر چه اين خود يک مزيت برای اين روش محسوب می شود وليکن محدوديت عدم امکان افزايش عناصر آلياژی از طريق فلاکس نيز وجود دارد.
روش MIG/MAG که در دهه 1950 توسعه پيدا کرد برای جوشکاری فلزات آهنی و غيرآهنی بخوبی مورد استفاده می باشد و بطور وسيعی در صنايع مختلف مورد توجه قرار گرفته است. و همانگونه که ذکر شد با استفاده از گاز محافظ مناسب و مد انتقال درست می توان مواد و ضخامتهای مختلف را جوشکاری نمود. از مزايای اين روش می توان سرعت جوشکاری بالا، قابليت تغيير پذيری خوب، ارزان بودن و انجام آسان را نام برد. بهره وری در اين روش حداقل دو برابر روش الکترود دستی است. و بعلاوه براحتی می توان از سيستمهای اتــوماتيــک ورباتيک نيز استفاده نمود و بنابراين جايگزين مناسبی برای روش سنتی SMAW میباشد.
اين روش مشابه با روش MIG/MAG می باشد با اين تفاوت که درون سيم جوش آن فلاکس وجود دارد . يعنی سيم جوش در واقع لوله حاوی فلاکس می باشد. فلاکس موجود درون لوله اين امکان را می دهد که بتوان از سيم بصورت کلاف استفاده نمود در حاليکه در روش جوشکاری با الکترود روپوش دار (SMAW) اين امکان وجود ندارد. سيم جوش توپودری قوس پايــدارتر، پــروفيل جــوش بهتــر و خــواص مکانيکی بالاتری را در جوشکاری بوجود می آورد. سيم جوش معمولا” قطر 1.5-2.5mm دارد. توان مورد نياز در حدود 20Kw میباشد. سيم جوش توپودری مخصوصی نيز وجود دارد که حفاظت کامل تری را برقرار میسازد.
اين روش نيز همچون روش MIG قابليت اتوماسيون دارد و از اينرو برای انواع جوشکاری های متداول و خصوصا” برای فولادها و فولادهای زنگ نزن بکار میرود. بعلاوه نرخ رسوب اين روش نيز بالاتر از روش MIG بوده و لذا برای اتصال ضخامتهای 25mm و بالاتر بخوبی قابل استفاده خواهد بود. پيشرفتهای اخير منجر به توليد الکترودهای توپودری نازک شده است بطوريکه امکان جوشکاری قطعات نازک و کوچک را نيز فراهم کرده است. يکی از مزايای منحصر بفرد اين روش امکان تصحيح ترکيب فلز جوش از طريق مواد افزودنی به فلاکس مغزی الکترود میباشد و لذا می توان هر نوع ترکيبی را در جوش بوجود آورد.
در این روش جوشکاری (Gas Tungsten Arc Welding) برای ایجاد قوس جوشکاری از الکترود مصرف نشدنی، تنگستن ، استفاده میشود و در حین جوشکاری، دمش گاز خنثی (معمولاٌ Argon) هوا را از منطقه جوشکاری دور کرده و از اکسید شدن الکترود تنگستن ، حوضچه مذاب یا جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت جلوگیری مینماید. در این روش جوشکاری که به روش TIG (Tungsten Inert Gas) نیز شناخته میشود، الکترود تنگستن ، صرفاٌ جهت ایجاد قوس بکار برده میشود و در حین جوشکاری مصرف نمیشود، در حالیکه در روش GMAW؛ الکترود در حین جوشکاری مصرف میشود و از سیم جوش بعنوان پرکننده استفاده میشود.
درجه خلوص گاز خنثی و دبی گاز مصرفی از جمله پارامترهای موثر بر کیفیت جوش میباشد. استحکام بالای جوش بدست آمده از روش GTAW و نفوذ قابل توجه جوش از جمله پارامترهای موثر در انتخاب این روش جوشکاری در بیشتر صنایع بعنوان پاس ریشه میباشد.
در اين روش حرارت حاصل از واکنش اگزوترميک (گرمازا) ميان اکسيدهای فلزی و مواد احياء کننده فلزی، گرمای لازم برای ذوب اجزاء و تشکيل اتصال مورد نظر را فراهم میکند. معروفترين مخلوط مواد مورد استفاده در جوشکاری فولادها و چدنها از ذرات ريز اکسيد آهن Fe3O4 و اکسيد آلومينيوم AL2O3 و پودر آهن و پودر آلومينيوم تشکيل شده که بخوبی با يکديگر مخلوط شدهاند. واکنشهای اساسی که بين اجزاء اين مخلوط صورت میگيرد عبارتند از :
3/4 Fe3O4 + 2AL — > 9/4 Fe + AL2O3 + Heat
3Feo + 2AL — > 3Fe + AL2O3 + Heat
Fe2 O3 + 2AL — > 2Fe + AL2O3 + Heat
درجه حرارت بوجود آمده از نظر تئوريک در حدود 3200°C میباشد ولی در عمل اين دما تا حدود 2200-2400°C تقليل مینمايد. مخلوط فوق الذکر که مخلوط ترميت نام دارد حاوی مواد مخصوصی ديگر برای دستيابی به خواص ويژه در جوش نيز میباشد.
روش جوشکاری | Welding Process | Symbol |
جوشکاری قوسی با الکترود روپوش دار | Shielded Metal Arc Welding | SMAW |
جوشکاری قوسی با گاز محافظ | Gas Metal Arc Welding (MIG) | GMAW |
جوشکاری قوسی با الکترود توپودری | Flux Cored Arc Welding | FCAW |
جوشکاری قوسی زيرپودری | Submerged Arc Welding | SAW |
جوشکاری با پرتو الکترونی | Electron Beam Welding | EBW |
جوشکاری سرباره الکتريکی | Electric Slag Welding | ESW |
جوشکاری با الکترود تنگستن و گاز خنثی | Tungesten Inert Gas Arc Welding | TIC |
جوشکاری با الکترود تنگستن و گاز خنثی | Gas Tungesten Arc Welding (TIG) | GTAW |
جوشکاری قوس پلاسما | Plasma Arc Welding | PAW |
جوشکاری با سوختهای گازی | Oxy Fuel Welding | OFW |
جوشکاری قوس فلز با گاز محافظ خنثی | Metal Inert Gas Arc Welding | MIG |
جوشکاری قوس فلز با گاز محافظ | Metal active Gas Welding | MAG |
جوشکاری گاز – الکتريکی | Electric Gas Welding | EGW |
در بعضی مواقع برای جوشکاری از چند نوع الکترود میتوان استفاده کرد. عواملی که در انتخاب نوع الکترود موثرند عبارتند از :
انتخاب قطر الکترود به عوامل زیر بستگی دارد:
*حداکثر قطر الکترود برای اولین پاس درزهای لب به لب پنج میلیمتر است ولی برای جوش گوشه از این لحاظ هیچ محدودیتی وجود ندارد.
نوع و شدت جریان به نوع الکترود، نوع قطعات مورد اتصال و ضخامت آنها بستگی دارد . با جریان دایم امکان تغییر قطب گرائی وجود دارد و استفاده از انواع الکترودها امکان پذیر است زیرا می توان قطب گرایی را با توجه به کیفیت مورد نظر تغییر داد. قوس حاصل از جریان دایم پایدارتر از قوس حاصل از جریان متناوب بوده و در نتیجه بعضی الکترودها مانند الکترودهای کم هیدروژن فقط با جریان دائم قابل استفاده اند. در ضمن چون قوس الکتریکی با جریان متناوب را با شدت جریان و ولتاژ کم مشکل میتوان حفظ کرد، برای جوشکاری ورقهای نازک کاربرد با جریان دایم مناسبتر است.
در جریان متناوب ، قطعه کار مغناطیسی نمیشود، زیرا جهت جریان 50 سیکل (صد مرتبه ) در هر دقیقه عوض می شود و در نتیجه جهت میدان مغناطیسی حاصل از آن مرتباً در تغییر است. به این ترتیب، خطر انحراف قوس بوجود نمی آید، در حالی که موقع استفاده جریان دایم این مسئله وجود داشته است. با توجه به این نکته که با جریان متناوب می توان از الکترود با قطر بزرگتر و شدت جریان بیشتر استفاده نمود. برای استفاده از الکترودهای با بازده زیاد که روکــش آنهــا گرد آهن دارد و باید با شدت جریان بالا مورد استفاده قرار گیرند، جریان متناوب می تواند جوابگو باشد.
عوامل متعددی روی شدت جریان و ولتاژ موثرند که مهمترین آنها شامل وضعیت جوشکاری، قطر الکترود، نوع روکش و ضخامت قطعه کار می باشد، اما نمی توان حدود دقیقی برای آنها معین کرد. برای تقریب اولیه میتوان با توجه به ضخامت قطعه کار، آمپر و الکترود با قطر مناسب را در وضعیت تخت از جدول زیر انتخاب کرد.
تناسب تقریبی شدت جریان با قطر الکترود و ضخامت ورق در وضعیت تخت
قطر الکترود
(mm) |
ضخامت ورق
(mm) |
شدت جریان
(A) |
ولتاژ تقریبی
(V) |
25/2-25/3 | 2-4 | 60-100 | 15-17 |
25/3-4 | 4-6 | 100-150 | 17-20 |
4-5 | 6-10 | 150-200 | 20-22 |
5-6 | بزرگتر از 10 | 200-400 | 22 |
با توجه به وضعیت جوشکاری، در مقدار شدت جریان محدودیت نیز وجود دارد، زیرا در وضعیتهای غیر از حالت تخت، شدت جریان زیاد موجب مشکلات قابل توجهی مانند سیلان فلز مذاب جوش به اطراف می شود و در نتیجه جوش با ظاهر بد بوجود می آید. بنابراین، مقدار حداکثر جریان با توجه به وضعیت جوشکاری مطابق جدول زیر در نظر گرفته می شود:
وضعیت جوشکاری | حد اکثر شدت جریان |
حالت تخت | 250 آمپر |
حالت افقی | 200 آمپر |
حالت قائم | 160 آمپر |
حالت بالاسری | 150 آمپر |
با توجه به مقادیر ذکر شده جهت جوش کاری در سه وضعیت افقی ، قائم و بالاسری باید از الکترودهای باقطر کوچکتر استفاده شود.این امر موجب می شود تا تعداد پاسهای تولید جوش با بعد معین در وضعیتهای مختلف متفاوت باشد.مثلا در وضعیت تخت با جریان 300 آمپر، جوشی با طول ساق 10 میلیمتر را با یک پاس میتوان انجام داد ولی در وضعیتهای دیگر میتوان با چندین پاس جوشی با مشخصات مذکور را به وجود آورد. با توجه به جداول (1-3 )و(1- 4 )نوع الکترود ،شدت جریان،ولتازو تعداد پاسهای لازم را می توان انتخاب کرد. بعد از اتمام یک پاس جوش،جهت انجام دادن پاس بعدی باید گل جوش پاس قبلی کاملا کنده شودتا سطح فلز جوش قبلی نمایان شده و سپس جوشکاری پاس جدید روی فلز جوش پاس قبلی انجام شود.
آثار هریک از پارامترهای موثر بر خواص فیزیکی و ظاهر جوش به شرح زیر است:
اگر میخواهید بدانید سوله چیست، مقاله زیر را مطالعه کنید تا با روند ساخت سوله ارزان در شرکت سوله سازی آشنا شوید.