تاپیک مرجع جوشکاری

[anjello 2,427]

دستورالعمل جوشكاري خطوط فولادي گاز

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[anjello 2,427]

بررسي پارامترهاي موثر بر جوشكاري مافوق صوت

آلياژهاي آلومينيوم

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[anjello 2,427]

معرفی جوش آرگون

 

 

در جوش آرگون یا تیگ (TIG) برای ایجاد قوس جوشکاری از الکترود تنگستن استفاده می شود که این الکترود برخلاف دیگر فرایندهای جوشکاری حین عملیات جوشکاری مصرف نمی شود.

 

حین جوشکاری گاز خنثی هوا را از ناحیه جوشکاری بیرون رانده و از اکسیده شدن الکترود جلوگیری

می کند.در جوشکاری تیگ الکترود فقط برای ایجاد قوس بکار برده می شود و خود الکترود در جوش مصرف نمی شود در حالیکه در جوش قوس فلزی الکترود در جوش مصرف می شود. در این نوع جوشکاری از سیم جوش(Filler metal)بعنوان فلز پرکننده استفاده می شود.و سیم جوش شبیه جوشکاری با اشعه اکسی استیلن(MIG/MAG)در جوش تغذیه می شود.

 

در بین صنعتکاران ایرانی این جوش بانام جوش آلومینیوم شناخته می شود.نامهای تجارتی هلی آرک یا هلی ولد نیز به دلیل معروفیت نام این سازندگان در خصوص ماشینهای جوش تیگ باعث شده بعضا این نوع جوشکاری با نام سازندگان هم شناخته شود. نام جدید این فرایند G.T.A.W و نام آلمانی آن WIG می باشد. همانطور که از نام این فرایند پیداست گاز محافظ آرگون میباشد که ترکیب این گاز با هلیم بیشتر کاربرد دارد.

 

علت استفاده از هلیم این است که هلیم باعث افزایش توان قوس می شود و به همین دلیل سرعت جوشکاری را میتوان بالا برد و همینطور باعث خروج بهتر گازها از محدوده جوش میشود.

 

 

 

کاربرد این جوش عموما در جوشکاری موارد زیر است:

 

1- فلزات رنگین از قبیل آلومینیوم...نیکل...مس و برنج(مس و روی) است.

 

2- جوشکاری پاس ریشه در لوله ها و مخازن

 

3- ورقهای نازک(زیر1mm)

 

 

 

مزایای TIG :

 

1- بعلت اینکه تزریق فلز پرکننده از خارج قوس صورت میگیرد.اغتشاش در جریان قوس پدید نمی آید.در نتیجه کیفیت فلز جوش بالاتر است.

 

2- بدلیل عدم وجود سرباره و دود و جرقه ,منطقه قوس و حوضچه مذاب بوضوح قابل رویت است.

 

3- امکان جوشکاری فلزات رنگین و ورقهای نازک با دقت بسیار زیاد.

 

 

 

انواع الکترودها در TIG :

 

1- الکترود تنگستن خالص (سبز رنگ)برای جوش آلومینیوم استفاده می شود و حین جوشکاری پت پت می کند.

 

2- الکترود تنگستن توریم دار که دو نوع دارد الف-1% توریوم دار که قرمز رنگ است ب-2% توریم دار که زرد رنگ می باشد.

 

3- الکترود تنگستن زیرکونیم دار که علامت مشخصه آن رنگ سفید است.

 

4- الکترود تنگستن لانتان دار که مشکی رنگ است.

 

5- الکترود تنگستن سزیم دار که طلایی رنگ است.

 

این دو نوع آخر جدیدا در بازار آمده اند.

 

 

 

چند نکته در مورد مزایای تنگستن:

 

1- افزایش عمر الکترود

 

2- سهولت در خروج الکترونها در جریان DC

 

3- ثبات و پایداری قوس را بیشتر می کند

 

4- شروع قوس راحت تر است.

 

 

 

نوع قطبیت مناسب در جوشکاری TIG :

 

جریان DCEN برای جوشکاری چدن-مس-برنج-تیتانیوم-انواع فولادها

 

جریان ACبرای جوشکاری آلومینیوم و منیزیوم و ترکیبات آن

[anjello 2,427]

جوشكارى در زير آب

 

 

مقدمه:

 

بيش از يك صد سال است كه قوس الكتريكي در جهان شناخته شده و بكار گرفته مي شود. اما اولين جوشكاري زير آب توسط نيروي دريايي بريتانيا انجام شد- در آن زمان يك كارخانه كشتي سازي براي آب بند كردن نشت هاي موجود در پرچ هاي زير كشتي كه در آب واقع شده بود از جوشكاري زير آبي بهره گرفت. در كارهاي توليدي كه در زير آب انجام مي پذيرد، جوشكاري زير آبي يك ابزار مهم و كليدي به شمار مي آيد. در سال 1946 الكترود هاي ضد آب ويژه اي توسط وان در ويليجن1 در هلند توسعه يافت. سازه هاي فرا ساحلي از قبيل دكل هاي حفاري چاه هاي نفت، خطوط لوله و سكوهاي ويژه اي كه در آب ها احداث مي شوند، در سالهاي اخير به طرز چشمگيري در حال افزايش اند. بعضي از اين سازه ها نواقصي را در عناصر تشكيل دهنده اش و يا حوادث غير مترقبه از قبيل طوفان تجربه خواهند كرد. در اين ميان هرگونه روش بازسازي و مرمت در اين گونه سازه ها مستلزم استفاده از جوشكاري زير آبي است.

 

جوشکاري زير آب از زمان جنگ جهاني دوم هنگامي که کشتي هاي خسارت ديده بايد سريعاً در آب تعمير مي شدند به وجود آمد. بيرون آوردن کشتي براي تعمير کردن آن، هم اکنون هم بسيار هزينه بر است و صرفه اقتصادي ندارد.

شايد بسياري از مردم جوشکاري زير آب را بسيار عجيب مي پندارند چون ماهيت آن را از آتش مي دانند. ولي جوشکاري ماهيت قوس الکتريکي دارد و روشن شدن آن زير آب کار عجيبي نيست. براي جوشکاري در خشکي، هوا يونيزاسيون مي شود و در آب، بخار آب يونيزاسيون مي شود.

 

طبقه بندي:

 

جوشكاري زير آبي را مي توان در دو دسته طبقه بندي كرد:

 

1. جوشكاري مرطوب

 

2. جوشكاري خشك

 

در روش جوشكاري مرطوب، عمليات جوشكاري در زير آب اجرا شده و مستقيماً با محيط مرطوب سرو كار دارد. اثرات منفي جوشکاري مرطوب عبارتنداز ترک خوردگي هيدروژني، افت شديد دما که باعث تغييرات ساختاري و متالورژيکي مي شود و همچنين اکسيژن با عناصر آلياژي ترکيب مي شود و اکسيد اين آلياژها در آب حل مي شوند.

جوشکاري خشک در يک اتاقک در داخل آب انجام مي گيرد و داخل اتاقک هواي فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس مي کند. اتاقک ها را دو تکه مي سازند و داخل آب، و روي قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل مي کنند. يک لوله رابط بين کشتي و اتاقک است و وسايل مورد نياز را به وسيله اين لوله به اتاقک مي فرستند. اين روش براي اولين بار در آمريکا انجام گرفت اما چون بسيار پرهزينه و وقت گير است دانشمندان سعي مي کنند مشکلات جوشکاري مرطوب را حل کنند چون سريعتر و ارزانتر است.

 

 

× جوشكاري مرطوب:

 

نام جوشكاري مرطوب حاكي از آن است كه جوشكاري كه در زير آب صورت مي پذيرد، مستقيماً در معرض محيط مرطوب قرار دارد. در اين روش از جوشكاري از نوعي الكترود ويژه استفاده مي شود و جوشكاري به صورت دستي درست مانند همان جوشكاري كه در فضاي بيرون آب انجام مي شود، صورت مي گيرد. آزادي عملي كه جوشكار در حين جوش كاري از اين روش دارد، جوشكاري مرطوب را موثر تر و به روشي كارا و از نقطه نظر اقتصادي مقرون به صرفه كرده است. تامين كننده نيرويجوشكاري روي سطح مستقر شده است و توسط كابل ها و شيلنگ ها به غواص يا جوشكار متصل مي شود.

 

در جوشكاري مرطوب MMAجوشكاري قوس فلزي دستي2 دو مشخصه زير بكار گرفته مي شود:

 

تامين كننده نيرو: dc

 

قطبيت: قطبيت منفی

 

× جوشكاري بيش فشار4(جوشكاري خشك)

جوشكاري بيش فشار در اتاقك هاي پلمپ شده در اطراف سازه يا قطعه اي كه مي خواهد جوشكاري شود، استفاده مي شود. اين اتاقك در يك فشار معمولي پر از گاز مي شود (كه معمولاً از هليوم حاوي نيم بار5 اكسيژن است). اين جايگاه روي خطوط لوله قرار گرفته و با هوايي مخلوط از هليو و اكسيژن كه قابل تنفس باشد پر شده و در فشاري كه جوشكاري آنجا صورت مي پذيرد و يا فشاري بيشتر از آن اجرا مي شود. در اين روش در اتصالات جوش بسيار با كيفيتي ايجاد مي شود به طوري كه با اشعه ايكس و ديگر تجهيزات لازم ايجاد مي شود. فرايند جوشكاري قوس گاز تنگستن در اين قسمت بكار گرفته خواهد شد. محوطه زير جايگاه در معرض آب قرار دارد. بنابراين جوشكاري در محل خشكي صورت گرفته ولي در فشار هيدرو استاتيكي آب دريا كه در محيط مجاور آن قرار دارد.

[anjello 2,427]

جوشکاری MAG

 

نكته: دراين جوش از جريان مستقيم با قطب معكوس استفاده مي شود.

تجربه نشان داده كه درصورتي كه بتوانيم از ورود گازهاي موجود در هوا يعني اكسيژن و نيتروژن به منطقه جوش پيشگيري كنيم جوش از خواص شيميايي و فيزيكي بهتري برخوردار خواهد بود.جوشكاري قوس الكتريكي با گاز محافظ CO2 يك روش بسيار مفيد و فراگير است. اين روش براي جوشكاري فلزات سخت و غير سخت در تمامي ضخامت ها مورد استفاده قرار مي گيرد و يك روش بسيار مناسب براي جوشكاري صفحات فلزي نازك و مقاطع نسبتاً ضخيم فلزات غير سخت مي باشد كه در شركت ايران خودرو بعد از جوش مقاومتي بالاترين ميزان استفاده را در سالن هاي بدنه سازي به خود اختصاص داده است.

در اين روش قوس الكتريكي و حوضچه مذاب كاملاً براي جوشكاري واضح و آشكار است. در جوشكاري با CO2 گاهي يك لايه نازك سرباره روي گرده جوش را مي پوشاند كه بايد اين لايه از روي سطح جوش برطرف شود.

مزاياي جوش MAG:

اين فرايند طوري است كه مي تواند در مورد بيشتر فلزات مغناطيسي و غير مغناطيسي مفيد باشد.

دراين شيوه ميزان جرقه كم مي باشد.

سيم جوش به طور مستمر تغذيه مي گردد، بنابراين زمان براي تعويض الكترود صرف نمي شود.

اين شيوه به راحتي مي تواند در تمام وضعيت ها استفاده شود.

حوضچه مذاب و قوس الكتريكي براحتي قابل مشاهده است.

سرباره حذف شده يا بسيار اندك است.

از الكترودي با قطر نسبتاً كم استفاده مي شود، كه باعث بالا رفتن چگالي جريان مي شود.

درصد بالايي از سيم جوش در منطقه اتصال رسوب مي كند.

نكاتي راجع به استفاده صحيح از سيم جوش CO2

اندازه شيار قرقره كشنده واير فيدر دستگاه جوش بايد با قطر سيم جوش مصرفي همخواني داشته باشد.

نازل ورودي انتهاي تورچ جوشكاري دقيقاً در مقابل شيار قرقره كشنده جوش قرار گرفته باشد. ضمناً نوك اين نازل تيز باشد، زيرا باعث آسيب زدن به سيم جوش مي گردد.

فنر هدايت كننده سيم جوش در دادن غلاف تورچ داراي مشخصات زير باشد:

1- فنريت خود را در اثر گرم شدن از دست نداده باشد.

2- له شدگي نداشته باشد.

3- كوتاه نباشد.

فشار پيچ و فنر نگهدارنده قرقره هاي كشنده روي سيم جوش در حدي باشد كه:

سيم جوش له نشود.

سيم جوش به هنگام كار متوقف نگردد

پيچ و فنر در (ريل هاب) كه در مركز قرقره سيم جوش قرار دارد، بيش از حد لازم سفت يا شل نباشد، چون سفت بودن آن به موتور واير فيدر فشار وارد نموده و شل بودن آن باعث بيرون ريختن سيم از قرقره مي شود.

نازل سيم جوش از نظر قطر داخل با سيم جوش مصرفي همخواني داشته باشد. (گشاد يا تنگ نباشد) و همچنين رزوه آن با انبردست محكم شده باشد.

ميزان ريزش گاز محافظ با قطر سيم جوش تنظيم گردد. (ميزان گاز محافظ عبوري 10 برابر قطر سيم جوش باشد)

در صورت استفاده از گاز محافظ CO2 بعداز مانومتر كپسول، بايد گرمكن گاز نصب گردد و همواره قبل از شروع عمليات جوشكاري از صحت كاركرد گرمكن اطمينان حاصل شود. فنر تورچ در مدت زمان لازم (بستگي به ساعت كاركرد دارد) تميز و عاري از هر گونه آلودگي گردد، در غير اين صورت فنر دچار اشكال مي گردد. (براي تميز كردن فنر تورچ مي توان فنر را به صورت حلقه در آورد و در داخل بنزين قرار داد و سپس با فشار باد آن را تميز كرد).

آمپر و ولتاژ جوشكاري زماني با هم همخواني دارند كه ريزترين و مداوم ترين صداي ريزش قطرات سيم جوش هنگام كار شنيده شود.

بعد از تنظيم ولتاژ و آمپر بايد خروجي كابل اتصال منفي روي دستگاه جوش نسبت به ضخامت قطعه ميزان گرماي لازم انتقالي به قطعه، صحيح انتخاب گردد. در اين صورت پاشش جرقه جوشكاري زياد خواهد بود.

فاصله نوك نازل سيم جوش تا نوك شعله هنگام مصرف ازگاز CO2 به ميزان mm2 و هنگام استفاده ازاين گاز با مخلوطي ازآرگون mm8 داخل تر باشد. به هنگام جوش كاري، زاويه اين جوش نسبت به خط عمود بركار بيشتر از 25 درجه نباشد زيرا باعث خواهد شد:

فاصله سيم آزاد زياد شود.

گاز محافظ به طور كامل روي حوضچه جوش نريزد.

جهت جلوگيري از چسبيدن جرقه ها به داخل شعله جوش و اطراف نازل سيم جوش در ابتدا و همچنين در فواصل بين كار و بعد از تميز نمودن آثار جرقه ها از اسپري ضد جرقه استفاده گردد.

معايب جوش MAG :

تا به حال تعدادي از قطعات و اتصالات فلزي مهم و ايمني دربدنه خودرو در اثر ايجاد بعضي عيوب در فلز جوش يا منطقه مجاور آن شكسته شده و موجب خسارات مالي و جاني فراواني شده‌اند. همانطور كه مي‌دانيم جوش ايده‌آل و خالي از نقص تقريباً غير ممكن است و معمولاً جوش‌ها داراي معايبي هستند، مخصوصاً جوشكاري‌هايي كه به صورت دستي انجام مي‌شوند.

در جوش CO2 به دليل اين كه تجهيزات و ادوات جوشكاري نسبت به جوش‌هاي ديگر بيشتر است لذا عيوب آن هم نسبت به جوش‌هاي ديگر بيشتر است كه در حد ممكن بايد از مواد مصرفي مناسب مانندگاز CO2 مرغوب و خالي از رطوبت، سيم جوش متناسب با زاويه جوشكاري و قطعه‌كار عاري از كثيفي مانند چربي، زنگ زدگي، اكسيده بودن، رنگ و رطوبت استفاده كرد.

البته بعضي از پارامترها در اختيار كنترل ما نيست به عنوان مثال اگر بدنه در ايستگاه قبل با دقت و توجه كم مونتاژ شده باشد و ورق مورد نظر براي جوشكاري داراي فاصله هوايي باشد ، جوشكار ناچار است به دليل به وجود نيامدن توقف در خط هر طور كه شده پروسه جوشكاري فلز روي بدنه و محل مورد نظر انجام دهد .

ورق هايي كه گالوانيزه هستند در حين جوشكاري فلزروي از طريق پوشش گالوانيزه وارد مذاب مي شود كه :

باعث تردي و بالا بردن ميزان حساسيت درمقابل ترك برداشتن مي شود .

دراثر سوختن و بخار شدن ايجاد دود سفيدي مي‌كند كه مشكلات تنفسي و عدم رويت كامل عمليات جوشكاري را براي شخص جوشكار به وجود مي‌آورد.

مي‌تواند باعث ايجاد حفره و تخلخل در گرده جوش شود.

عيوب جوش CO2 در اثر عوامل مختلف و متفاوت اعم از اتصال، مناسب نبودن مواد مصرفي شامل فلز قطعه‌كار، گاز CO2، سيم جوش مصرفي و پارامترهاي جوشكاري مانند ولتاژ، جريان، سرعت تغذيه سيم، قطر، سرعت حركت تورچ، نوع دستگاه و عدم مهارت جوشكار در نحوه انجام عمليات جوشكاري و نيز پيش‌گرم و يا پس‌گرم كردن مي‌توان نام برد.

هر كدام از عيوب جوش بنا به حساسيت كاربردي موضع اتصال، مجاز هستند. و همكاران در بخش QC (كنترل كيفيت) از طريق آزمايشات مختلف ميزان اين عيوب را با استانداردهاي مربوطه مقايسه كرده و آنها را قبول يا رد مي‌كنند.

عيوبي كه مي‌توانند در ايستگاه ايجاد شوند:

- عيوب مربوط به قطعه گذاري نامناسب

- عيوب ناشي از نامناسب بودن سطح كار (روغني بودن، آبكاري نامناسب، رنگ، زنگ‌زدگي)

- عيوب مربوط به خارج از اندازه بودن ابعاد جوش - مشكلات مربوط به تغيير حالت سرشاسي و دفرمگي قطعات و فاصله هوايي آنها

- تنظيم نبودن دستگاه از نظر جريان، ولتاژ، سرعت تغذيه سيم، ميزان عبور گاز محافظ،

- تورچ و شعله‌پوش

- عدم مهارت جوشكار دراجراي پروسه جوشكاري

ايرادهايي كه در اثر نادرست بودن تجهيزات دستگاه جوش MAGايجاد مي‌شوند :

- نازل سيم جوش از نظر قطر داخلي با سيم جوش مصرفي همخواني نداشته باشد .

- اطراف شعله جوش دچار خوردگي و سايئدگي شده باشد چون در پوشش منطقه اختلال ايجاد مي كند .

- اندازه شيار قرقره كشنده واير فيلدر Wire filder دستگاه با قطر سيم جوش مصرفي همخواني نداشته باشد .

- جهت جلوگيري از چسبيدن جرقه هابه داخل شعله پوش واطراف نازل سيم جوش در ابتدا و در فواصل بين كار از اسپري ضد جرقه استفاده گردد .

نكته:

قطرات ريز را كه از منطقه جوش در بين اتصالات ذوبي به اطراف پرت مي شوند يا ترشح مي گويند . اين قطرات مي توانند از حوضچه جوش يا سيم جوش پركننده ناشي شده باشند . هنگامي كه دانه هاي كروي و مذاب قطرات از سيم جوش به طرف حوضچه جوش منتقل مي شوند و ايجاد پل در فاصله قوس مي كنند مدار بسته (اتصال كوتاه ) به وجود مي آيد كه عبور شدت جريان از آن باعث گداخته شدن فوق العاده اين پل مي شود كه با انفجار آن باراني از جرقه هاي گداخته به وجود مي آورد . جرقه هاي درشت در فرايند جوشكاري CO2با تورچ دستي در اثر قوس اضافي و جرقه هاي ريز ناشي از جريان اضافي مي باشد.

جرقه‌ها اغلب در حين پرواز در روي سطح فقط ايجاد لكه‌هايي مي‌كنند. اغلب جرقه‌هاي چسبيده بر روي سطح در فواصل دور، با برس سيمي و وسايل مشابه به راحتي تميز مي‌شوند. اما جرقه‌هاي چسبيده شده در نزديكي مسير اتصال به راحتي نمي شوند و ظاهر جوش را بد منظره مي كنند. علاوه براين جرقه و ترشح يكي از عواملي است كه باعث سوزاندن پوست و لباس جوشكار مي شود، كه با تنظيم پارامترهاي جريان، ولتاژ، قطب، سرعت تغذيه سيم، عبور گاز CO2 مي توان از بروز آنها جلوگيري كرد.

- سوراخ شدن و ريزش جوش:

اگرفلز جوش بيش از حد در قطعات جوش دادني نفوذ كند حوضچه مذاب ، ريشه جوش را سوراخ كرده پايين مي ريزد . توليد شدن گرماي بيش از حد لزوم موجب سوختن سيم جوش ومقداري از سطح قطعه كار مي شود . اين ايراد بيشتر از نادرست بودن پارامترهاي دستگاه جوشكاري ناشي مي شود ، البته مهارت دست جوشكار هم بي تاثير نيست .

- نفوذ ناقص يا بيش از اندازه مذاب در قطعه كار:

اين نقص به علت پيشروي سريع جوشكار ممكن است ايجاد شود ، زيرا در اين حالت سيم جوش CO2 به طور كامل به محل اتصال دو قطعه كار نخواهد رسيد و باعث گود شدن و نفوذ بيش از حد مذاب در قطعه كار خواهد شد.

- ايجاد خوردگي:

هنگامي كه جوش از كناره هاي لبه جوش پايين تر قرار گيرد عيب پديدار شده را خوردگي جوش مي نامند . عوامل بروز اين عبارتنداز : تمركز زياد حرارت در محل جوش ، بكارگيري روش نامتناسب براي انجام پروسه جوشكاري مورد نظر . با تنظيم دستگاه به طور دقيق ، ممانعت ا زرسيدن گرماي اضافي به ناحيه جوشكاري و انتخاب تكنيك صحيح جوشكاري از ايجاد انواع خوردگي در درزهاي اتصال مي توان جلوگيري كرد

[anjello 2,427]

پیش گرم در جوشکاری

 

پیش گرم به دو صورت حرارت دادن کل فلز پایه و یا قسمتی از آن انجام می گیرد.تا آن قسمت به دمای مشخصی برسد که به دمای پیش گرم مشهور است.حرارت دادن معمولا تا آغاز جوشکاری ادامه می یابد ولی بعد از آن دیگر لازم نیست انجام شود زیرا حرارت ایجادشده توسط فرآیند جوشکاری برای نگهداری دمای فلز پایه کافی است.

 

اما اینکه چرا پیش گرم انجام می شود :(۱) کاهش نرخ سردایش منطقه جوش و فلز پایه برای ایجاد ساختار متالورژیکی داکتیل بمنظور افزایش مقاومت در برابر ترک برداری(۲) کاهش نرخ سردایش بمنظور تسهیل خارج شدن هیدروژن (۳) کاهش تنش های انقباضی درمنطقه جوش و فلز پایه مجاورش و (۴) افزایش دمای فولاد تا بالاتر از دمایی که در آن فولاد دیگر ترد نیست.

 

برای تعیین اینکه لازم است پیش گرم انجام شود یا نه باید به مواردی همچون استاندارد ساخت -ضخامت مقطع - ترکیب شیمیایی فولاد - دمای محیط و میزان هیدروژن مواد پرکننده و مشکلات ترک برداری در تاریخچه آن دقت نمود.اگر در استاندارد مورد نظر باشد معمولا دمای پیش گرم را برای شرایط مورد نظر معرفی می نماید.در صورتیکه در استاندارد چیزی ذکر نشده باشد لازم است که شرایط بدقت بررسی شود. معمولا برای فولادهای کم کربن با ضخامت کمتر از ۲۵ میلیمتر نیازی به پیش گرم نمی باشد .البته دراین میان به نقش ترکیب شیمیایی باید توجه نمود

[anjello 2,427]

جوشکاری آرگون(GTAW)

 

 

جوشکاری قوسی با الکترود تنگستنی و در پناه گاز محافظ که گاهی اوقات Heliarc و یا جوش تیگ TIG(جوشکاری با تنگستن و گاز خنثی) نیز نامیده می شود، در سال 1930 برای جوشکاری فلز منیزیم اختراع شد.Russell Meredith از الکترود تنگستنی همراه با گاز خنثی هلیوم برای جوشکاری فلز منیزیم استفاده کرد.این روش جایگزین روش پرچ برای اتصال قطعات هواپیما از جنس آلومینوم و منیزیم شد.روش جوشکاری Heliarc در طی این مدت تا کنون اصلاح زیادی یافته است ولی مکانیسم اصلی آن همان است که مردیت آن را بکار برده بود.

 

درجه حرارت ذوب برای اتصال از نگهداری قوس بین الکترود تنگستن و قطعه کار فراهم می شود.(شکل1)دمای حوضچه مذاب تا 2500 C میرسد.گاز خنثی حوضچه مذاب را احاطه می کند وآنرا در مقابل آلودگی های اتمسفری محافظت می کند.معمولا گاز خنثی آرگون،هلیوم و یا مخلوطی از آن دو است.

 

 

شکل 1

 

کاربردها:

 

روش جوشکاری با الکترود تنگستن و گاز محافظ برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن ،آلومینوم ،منیزیم،مس و فلزات فعال(مثل تیتانیوم و تانتالوم) ونیز فولادهای کربنی و آلیاژی استفاده می شود.در جوشکاری فولادهای کربنی معمولا برای جوشکاری پاس های ریشه کار می رود.

 

مزایا و محدودیت ها

 

مزایای روش GTAW عبارتند از:

 

· جوش با کیفیت بالا و اعوجاج کم تولید می کند.

 

· پاشش مذاب در مقایسه با روش های دیگر در این روش وجود ندارد.

 

· در هر دو حالت با و بدون فلزپرکننده می توان استفاده کرد.

 

· منابع نیروی مختلفی رامی توان بکار گرفت.

 

· انواع مختلفی از فلزات حتی فلزات غیرمشابه را می توان با این روش جوشکاری کرد

 

· کنترل دقیقی بر روی میزان گرمای تولیدی و ورودی می توان دشات.

 

روش GTAW زمانی استفاده می شود که به جوش با کیفیت بالا نیاز باشد.همانطوریکه در بالا اشاره شد، گرمای تولیدی که میتواند اثر منفی بر فلز داشته باشد،بدقت کنترل می شود و نیز حوزه دید جوشکار بوسیله دودهای حاصله محدود نمی شود.

 

محدودیت های این روش در زیر آمده اند:

 

· نرخ رسوب آن در مقایسه با جوشکاری با الکترودهای مصرفی پایین تر است.

 

· به جوشکار ماهر نیاز دارد.(نسبت به SMAW,GMAW)

 

· برای جوشکاری ضخامت های بیشتر از 9.5 mm مقرون به صرفه نمی باشد.

 

· در وضعیت های جوشکاری غیر تخت جوشکاری مشکل است زیرا حفاظت قوس کامل نیست.

 

علاوه بر مشکلات یادشده می توان به برخی از مشکلات این روش نیز در ذیل اشاره کرد:

 

· در صورتیکه الکترود تنگستنی با حوضچه مذاب تماس داشته باشد، آخالهای تنگستن می تواند وارد فلز جوش شود.

 

· اگر حفاظت قوس و مذاب توسط جریان مداوم گاز خنثی انجام نشود و یا مختل شود،فلز مذاب آوده می شود.

 

· آلودگی یا حفره در مذاب تحت تاثیر نشتی آب از تورچها سرد شونده با آب

 

· وزش و یا انحراف قوس مثل روش های دیگر

 

منابع نیرو برای GTAW از نوع جریان ثابت همراه با منحنی ولتاژ – آمراژ منفی می باشند.راکتورهای قابل اشباع و نیز واحدهای کنترل شده با تریستور نیز مرسوم هستند.پیشرفت هایی که در صنایع الکتریکی اتفاق افتاده است،در این حوزه نیز موثر بوده وباعث شده است که منابع نیروی با کارایی بیشتر و با وزن کمتر تولید شوند.امروزه منابع نیروی ترانزیستوری با جربان مستقیم نیز بسیار استفاده می شوند و منابع نیرو یکسوکننده –مبدل ها بسیار پیچیده تر هستند.مبدل های نیرو شامل سه نوع تبدیل هستند:

 

· جریان متناوب اولیه 60 mHz به جریان مستقیم تبدیل می شود.

 

· جریان مستقیم به جریان متناوب با فرکانس بالا تبدیل می شود.

 

· این جریان متناوب به جریان مستقیم تبدیل می شود.

 

مبدل ها را می توان از حالت جریان مستقیم به جریان متناوب برای جوشکاری GMAW تغییر داد و بکار برد که این سبب کاهش هزینه و صرفه جویی در آن خواهد شد.منابع نیرو که با مبدل کنترل می شوند در مقایسه با منابع سیلیکونی SCR زمان های پاسخ سریعتری دارند.در شکل 2 رفتار دو نوع ماشین جوشکاری با کنترل مبدلی و با کنترل تریستوری نشان داده می شود.

 

 

ساختمان تورچ: تورچ جوشکاری الکترود را نگهداشته و جریان الکتریکی را به سمت قوس هدایت می کند و گاز لازم برای محافظت قوس و مذاب را به محل جوش انتقال می دهد. قطعات تورچ در شکل 3 نشان داده می شود.

 

شکل3

 

تورچهای جوشکاری که زیر جریان 200 A بکار میروند،معمولا با هوا سرد می شوند،به عبارتی گاز خنثی از اطراف کابل حرکت میکند و سردایش لازم را فراهم می کند.اما در جوشکاری های پیوسته که با آمپراژهای بالا سروکار دارد،و نیز در روش ماشینی از تورچهایی استفاده می شود که با آب سرد می شوند.

 

الکترودها.الکترودهای غیرمصرفی که در روش GTAW بکار می روند ، از تنگستن و یا آلیاژهای آن ساخته می شوند.متداولترین این آلیاژها،آلیاژ 2% ThO2-W یا EWTh-2 می باشد.این آلیاژ از ویژگی های کاری خوبی برخوردار است و پایداری بهتری دارد.توریا رادیواکتیو بوده وفلذا هنگام تیز کردن آن باید مواظب بود که گرد و غبار آن استنشاق نشود.سنگ زنی می تواند خطرات جدی در پی داشته باشد و باید قوانین زیست محیطی را رعایت کرد.الکترودهای لانتانوم دار EWLa-1 و ایتریم دار الکترودهایی هستند که ویژگی های شروع خوبی داشته و پایداری قوس آنها حتی در ولتاژهای کم نیز قابل قبول و مناسب است.الکترودهای تنگستن سریم دار EWCe-2 نسبت به الکترودهای توریم دار از لحاظ پایداری قوس و نرخ ذوب کردن کمی بهترند.هرکدام از الکترودهای مذکور جوش های قابل قبولی تولید می کنند.توانایی آسان ساطع کردن الکترون در ولتاژ پایین الکترودهای لانتالوم دار ازعلل اصلی کارکرد خوب آنهاست.

 

تنگستن خالص در جوشکاری ac استفاده می شود وبالاترین نرخ مصرف را دارند.گاهی اوقات از الکترودهای زیرکنی نیز استفاده میشود.الکترودهای تنگستن براساس ترکیب شیمایی شان طبقه بندی می شوند.(جدول1)شرایط لازم برای این الکترودها در AWS A5.12 ذکر می شود.شکل نوک الکترودها بر شکل حوضچه مذاب موثر است.الکترودهایی که زاویه 60-120° دارند،پایدارترند و عمق نفوذ خوبی را دارند.الکترودهای با زاویه کمتر 5-30° برای جوش شیاری مناسب هستند تا از ایجاد قوس بین دیواره های محل اتصال جلوگیری کند.

 

سیستم تغذیه سیم:از تعدادی قطعه تشکیل شده است که از سیستم ساده تا پیجیده را در بردارند.سیستم اصلی آن درواقع وسیله ای است که سیم را با قلاب گرفته و سپس آن را از قرقره کشیده و بعد آنرا از طریق لوله راهنما به سمت محل جوشکاری انتقال می دهد.برای حرکت موتور و نیز کنترل آن از کنترل و سوئیچ های الکترونیکی استفاده می شود.

 

کابل،شلنگ و رگولاتورها برای انتقال جریان الکتریکی،آب و گاز خنثی به محل جوشکاری لازم می باشند.

 

 

جدول 1

 

نوسان قوس در هر دو حالت جوشکاری دستی و ماشینی استفاده می شود.مزایای موجوددر جوشکاری دستی پایه و اساس کنترل جوش هنگام تنظیم تغییرات اتصال جوش و گپ موجود است.در جوشکاری ماشینی،نوسان از طریق حرکت مکانیکی تورچ جوشکاری و یا حرکت دادن پلاسمای قوس با کمک میدان مغناطیسی خارجی انجام می شود.نوسان باعث می شود که گرمای تولیدی در محل های دقیق انتقال داده شود.این وضعیت برای زمانی که جوشکاری قطعات با اشکال پیچیده انجام می شود،یک مزیت بشمار می رود.وقتی از نوسان جوش استفاده می شود،تعداد پاس ها و نیز مقدار کل گرمای تولیدی کاهش می یابد زیرا هزینه حذف انقباض ها و عیوب دیگر را از هزینه کلی جوش کم می کند.

 

شکل 4 اثر نوسانات مغناطیسی بر اعوجاج را نشان می دهد.در برخی از آلیاژها لازم است که از چند پاس برای ایجاد اثر برگشتی پاس های بعدی و بصورت جوش مستقیم string استفاده شود که در این صورت نوسان Oscillation بکار نمی رود.برای پایداری قوس،کمتر کردن وزش قوس و نیز حرکت دادن پلاسمای قوس در امتداد حرکت تورچ می توان از میدان مغناطیس خارجی استفاده کرد.اینکار سبب می شود ظاهر جوش بهتر شده و سرعت جوشکاری افزایش یابد.

پارامترهای فرآیند

جریان جوشکاری: جریان جوشکاری یکی از مهمترین پارامتر های جوشکاری است که باید در هر روش جوشی کنترل شود زیرا بر عمق نفوذ،سرعت جوشکاری،کیفیت جوش و نرخ رسوب موثر است.

 

 

شکل 4

 

در کل سه نوع انتخاب برای جریان جوشکاری وجود دارد:

 

* جریان مستقیم الکترود منفی DCEN

* جریان مستقیم الکترود مثبت DCEP

* جریان متناوب

 

در شکل های 5 و6 تاثیر نوع جریان (ac,dc) بر شکل ظاهری جوش نشان داده می شوند. هم چنین نوع جریان نسبت به ماده انتخابی در جدول 2 آورده شده است.

 

در جریان متناوب ،در 60 Hz پولاریته بین قطعه کار و الکترود تغییر می کند. این تغییر سریع در پولاریته باعث می شود که یک نوع فرآیند کاتدی ایجاد شود که در حذف لایه های اکسیدی در سطح فلزات بالاخص فلزات آلومینوم ومنیزیم بسیار مفید است.در هر نیم سیکل که شرایط DCEP برقرار می شود، الکترودها گرم می شوند.لازمه این کار اینست که از الکترودهای با قطر بزرگ که از تنگستن خالص ساخته شده اند، استفاده شود. در فرآیند GTAW بیشتر از جریان مستقیم با الکترود منفی استفاده می شود.در این حالت، گرمای بیشتری وارد قطعه کار شده و در نتیجه نرخ ذوب افزایش می یابد.

 

 

[anjello 2,427]

نکات جوشکاری

 

علت به وجود آمدن این منطقه در فرآیندهای جوشکاری را می توان مربوط به انتقال حرارت و انجام استحاله های متالورژیکی مرتبط با آن دانست.در این منطقه معمولا ترکیب شیمیایی ثابت مانده ولی ساختار فلز تغییر می کند.

 

۱- روش های جوشکاری بر میزان آن موثرندومعمولا در روش جوش SMAW کمترین پهنا را دارد.در روش های گازی ،این منطقه دارای پهنای زیادی دارد چرا که میزان حرارت ورودی در آن زیاد است.

 

2- هر چه ضریب انتقال حرارت فلز پایه بیشتر باشد،این منطقه از پهنای بیشتری نیز برخوردار خواهد بود.

 

3- هر چه سرعت جوشکاری بالا باشد،پهنای این منطقه کمتر خواهد شد.

 

4- هرچه دمای پیش گرم کمتر باشد ،پهنای این منطقه نیز کمتر می شود.

 

5-در جوشکاری چند پاسی معمولا منطقه HAZ پهنای کمتری در مقایسه با جوش یک پاسی دارد.

 

در این منطقه ،حرارت دیدن منطقه فلز پایه با شرایط مختلف باعث می شود که ساختار متالورژیکی فلز پایه تغییرات زیادی نماید.دقیقا مثل این است که فلز پایه را در این منطقه آستنیتی کرده و سپس سریع سرد شود. در این منطقه،مارتنزیت تشکیل می شود.معمولا نیز سختی در این مناطق بحرانی است.فلذا در سرویس هایی که با محیط ترش سروکار دارند،میزان سختی و کنترل آن عامل بسیار مهمی است به طوریکه برای فولادهای کربنی ،میزان سختی نباید از 22 راکول سی افزایش یابد.معمولا نیز درمنطقه HAZ هرچقدر به منطقه جوش نزدیکتر می شویم؛با توجه به افزایش نرخ سردایش،سختی نیز زیاد می شود.(پایان قسمت اول)

مساحت سطح مقطع یک جوش معمولا متناسب با میزان گرمای ورودی است.هرچقدر میزان انرژی قوس بالا باشد،بالتبع فلزپایه و فلزپرکننده بیشتری در واحد طول جوش ذوب خواهد شد در نتیجه اندازه جوش بزرگتر می شود.اگر جوشکاری جوشی را با سرعت بالا و جوش دیگری را با سرعت کم جوشکاری نماید و برای هر دو جریان و ولتاژ را ثابت نگه دارد،در اینصورت جوشی که با سرعت کم زده شده است،بزرگتر از دیگری خواهد بود.معادله زیر یک معادله تقریبی برای محاسبه اندازه پایه جوش در جوش فیلت است(Leg size)

 

w=(h/500)^0.5

 

که طرف چپ معادله اندازه پایه جوش برحسب اینچ است.گرمای ورودی h برحسب kj/in است.

 

با وجود اینکه برای دستیابی به فرمول دقیقتر لازم است که تاثیر پارامترهای دیگر از جمله قطبیت و نوع فرآیند را نیز مد نظر قرار داد،ولی این فرمول ابزار مهمی و کارآمدی می باشد.به عنوان مثال اگر می خواهید که اندازه جوش فیلت کمتر باشد،لازم است که مقدار حداقل گرم

 

البته گرمای ورودی را نمی توان به طور مستقیم اندازه گیری کرد.با این وجود با اندازه گیری مقادیر ولتاژ،آمپراژ و سرعت حرکت،مقدار آن را می توان از طریق فرمول قبلی تعیین کرد.

 

در اندازه گیری ولتاژ باید سعی کرد تا حد امکان به ولتاژ قوس نزدیک باشد،این مقدار با آنچه که دستگاه ولت متر نشان می دهد،متفاوت است.با توجه به مقاومت کابلهای جوشکاری،میزان ولتاژی که در دستگاه ولت متر نشان داده می شود،بالاتر از ولتاژ واقعی قوس است.با عنایت به این مهم،مقادیر محاسبه شده ،مقادیر تقریبی به هماره مقداری خطا خواهد بود

 

مقدار جریان یا همان آمپراژ در مقیاس میکروثانیه،نسبت به زمان پارامتر ثابتی نمی باشد.در جوشکاری دستی ،میزان آمپراژ بستگی به طول قوس دارد گه آنهم به نوبه خودش بستگی به مهارت جوشکار دارد.بنابراین در محاسبات،باید مقدار متوسط جریان لحاظ کرد.

 

سرعت حرکت قوس ،سرعت حرکت رو به جلوی قوس برحسب اینچ در هر دقیقه یا میلیمتر در هر دقیقه است.در جوشکاری موجی weaving،سرعت حرکت رو به جلو،ملاک است و سرعت نوسات الکترود ملاک نمی باشد.در جوشکاری عمودی سرعت حرکت رو به بالا یا رو به پایین می باشد.در معادله محاسبه گرمای ورودی نباید از سرعت حرکت بر اساس ثانیه استفاده کرد.

 

در فرآیندهایی که متغیرها مثل جریان با زمان تغییر می کند،مثل GMAW اتصال کوتاه، باید مقدار متوسط را لحاظ نمود.در جوشکاری دستی،با ذوب الکترود ،مقاومت الکتریکی الکترود نیز تغییر می کند و با کوتاه شدن طول الکترود،دمای الکترود افزایش می یابد که هر دو بر مقاومت الکتریکی کلی الکترود تاثیر می گذارند.

[anjello 2,427]

جوشکاری لیزر

 

جوشكاري و برشكاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشكاري بوده كه در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كيفيت ، سرعت و قابليت كنترل آن به طور وسيعي در صنعت از آن استفاده مي شود .به وسيله متمركز كردن اشعه ليزر روي فلز يك حوضچه مذاب تشكيل شده و عمليات جوشكاري انجام مي شود .

اصول كار و انواع ليزرهاي مورد استفاده در جوشكاري :

به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشكاري و برشكاري استفاده مي شود : ليزرهاي جامد مثل Ruby و ND:YAG و ليزرهاي گاز مثل ليزر CO2 . در زير اصول كار ليزر Ruby كه از آن بيشتر در جوشكاري استفاده مي شود توضيح داده مي شود . اين سيستم ليزر از يك كريستال استوانه اي شكل Ruby (Ruby يك نوع اكسيد آلومينيوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند . ) تشكيل شده است . دو سر آن كاملا صيقلي و آينه اي شده و در يك سر آن يك سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين كريستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق براي كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يك خازن كه حدود 1000 بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي كه كريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي كرم داخل شبكه كريستالي تحريك شده و در اثر اين تحريك امواج نور از خود سطع مي كنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شكل مي گيرد . اشعه ليزر شكل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح كوچكي آزاد مي كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .

محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليكه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO2 بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر ND:YAG بيشتر براي جوشكاري آلومينيوم استفاده ميشود .

از انجا كه در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يك سيستم خنك كننده مجهز باشد .

در جوشكاري ليزر دو روش عمده براي جوشكاري وجود دارد : يكي حركت دادن سريع قطعه زير اشعه است تا كه يك جوش پيوسته شكل بگيرد و ديگري كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سري پرتاب اشعه است .

در جوشكاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميكروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر كوتاه بودن اين زمان هيچ واكنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .

طراحي اتصال در جوشكاري ليزر : بهترين طرح اتصال براي اين نوع جوشكاري طرح اتصال لب به لب مي باشد و با توجه به محدوديت ضخامت در آن مي توان ازطرح اتصال هاي T يا اتصال گوشه نيز استفاده نمود .

مزاياي جوشكاري ليزر :

- حوضچه مذاب مي تواند داخل يك محيط شفاف ايجاد شود ( باعكس روشهاي معمولي كه هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود ) .

- محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غير همجنس و ... را ميتوان به يكديگر جوش داد .

- در اين روش ميتوان مكان هاي غير قابل دسترسي را جوشكاري نمود .

- از آنجا كه هيچ الكترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشكاري نيست .

- اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلايي براي عملكرد ندارد .

- به خاطر تمركز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريكي در جوش تشكيل ميشود .

- جوشكاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشكاري تميز تر است .

محدوديت ها و معايب جوشكاري ليزر :

سيستم هاي جوشكاري ليزرنسبت به ساير دستگاههاي سنتي جوشكاري بسيار گران هستند و در ضمن ليزرهايي مانند Ruby به خاطر پالسي بودن اكثر آنها از سرعت پيشروي كمي برخوردارند ( 25 تا 250 ميليمتر در دقيقه ) . همچنين اين نوع جوشكاري درراي محدوديت عمق نيز مي باشد .

موارد استفاده اشعه ليزر :

از اشعه ليزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاري استفاده مي شود . اين نوع جوشكاري در اتصال قطعات بسيار كوچك الكترونيكي و در ساير ميكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه ليزر ميتوان در جوش دادن آلياژها و سوپر الياژها با نقطه ذوب بالا و براي جوش دادن فلزات غير همجنس استفاده نمود . به طور كلي اين روش جوشكاري براي استفاده هاي دقيق و حساس استفاده ميشود . از اين روش ميتوان در صنعت اتومبيل و مونتاژآن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمود.

[anjello 2,427]

جوشکاری با لیزر

 

ليزر يك نام اختصاري به معني تقويت نور با انتشار برانگيخته تابش است . فرآيند به برخورد يك اشعه نور تكرنگ همفاز جهت دار و شديد به قطعه كاري كه ماده به وسيله تبخير از آن خارج ميشود بستگي دارد .

جوشكاري و برشكاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشكاري بوده كه در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كيفيت ، سرعت و قابليت كنترل آن به طور وسيعي در صنعت از آن استفاده مي شود .به وسيله متمركز كردن اشعه ليزر روي فلز يك حوضچه مذاب تشكيل شده و عمليات جوشكاري انجام مي شود .

اصول كار و انواع ليزرهاي مورد استفاده در جوشكاري :

به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشكاري و برشكاري استفاده مي شود : ليزرهاي جامد مثل Ruby و ND:YAG و ليزرهاي گاز مثل ليزر CO2 . در زير اصول كار ليزر Ruby كه از آن بيشتر در جوشكاري استفاده مي شود توضيح داده مي شود . اين سيستم ليزر از يك كريستال استوانه اي شكل Ruby (Ruby يك نوع اكسيد آلومينيوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند . ) تشكيل شده است . دو سر آن كاملا صيقلي و آينه اي شده و در يك سر آن يك سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين كريستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق براي كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يك خازن كه حدود 1000 بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي كه كريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي كرم داخل شبكه كريستالي تحريك شده و در اثر اين تحريك امواج نور از خود سطع مي كنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شكل مي گيرد . اشعه ليزر شكل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح كوچكي آزاد مي كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .

محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليكه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO2 بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر ND:YAG بيشتر براي جوشكاري آلومينيوم استفاده ميشود .

از انجا كه در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يك سيستم خنك كننده مجهز باشد .

در جوشكاري ليزر دو روش عمده براي جوشكاري وجود دارد : يكي حركت دادن سريع قطعه زير اشعه است تا كه يك جوش پيوسته شكل بگيرد و ديگري كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سري پرتاب اشعه است .

در جوشكاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميكروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر كوتاه بودن اين زمان هيچ واكنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .

طراحي اتصال در جوشكاري ليزر : بهترين طرح اتصال براي اين نوع جوشكاري طرح اتصال لب به لب مي باشد و با توجه به محدوديت ضخامت در آن مي توان ازطرح اتصال هاي T يا اتصال گوشه نيز استفاده نمود .

مزاياي جوشكاري ليزر :

- حوضچه مذاب مي تواند داخل يك محيط شفاف ايجاد شود ( باعكس روشهاي معمولي كه هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود ) .

- محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غير همجنس و ... را ميتوان به يكديگر جوش داد .

- در اين روش ميتوان مكان هاي غير قابل دسترسي را جوشكاري نمود .

- از آنجا كه هيچ الكترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشكاري نيست .

- اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلايي براي عملكرد ندارد .

- به خاطر تمركز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريكي در جوش تشكيل ميشود .

- جوشكاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشكاري تميز تر است .

محدوديت ها و معايب جوشكاري ليزر :

سيستم هاي جوشكاري ليزرنسبت به ساير دستگاههاي سنتي جوشكاري بسيار گران هستند و در ضمن ليزرهايي مانند Ruby به خاطر پالسي بودن اكثر آنها از سرعت پيشروي كمي برخوردارند ( 25 تا 250 ميليمتر در دقيقه ) . همچنين اين نوع جوشكاري درراي محدوديت عمق نيز مي باشد .

موارد استفاده اشعه ليزر :

از اشعه ليزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاري استفاده مي شود . اين نوع جوشكاري در اتصال قطعات بسيار كوچك الكترونيكي و در ساير ميكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه ليزر ميتوان در جوش دادن آلياژها و سوپر الياژها با نقطه ذوب بالا و براي جوش دادن فلزات غير همجنس استفاده نمود . به طور كلي اين روش جوشكاري براي استفاده هاي دقيق و حساس استفاده ميشود . از اين روش ميتوان در صنعت اتومبيل و مونتاژآن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمود.

[anjello 2,427]

جوشکاری فلزی توسط لیزر

 

جوشکاری توسط پرتو لیزر در تولیدات صنعتی بشکل روزافزونی در حال گسترش است و دامنهٔ استفادهٔ آن از میکرو الکترونیک تا کشتی سازی گسترده شده است. تولید انبوه خودکار در این بین از بیشترین توسعه برخوردار گشته‌اند که این پیشرفتها را می‌توان مرهون عوامل زیر دانست

 

حرارت ورودی محدود منطقهٔ حرارت پذیرفتهٔ کوچک میزان ناصافی اندک سرعت بالای جوشکاری این خصوصیات جوشکاری لیزری را گزینهٔ منتخب بسیاری از قسمتهای صنعتی کرده که از جوشکاری مقاومتی در گذشته استفاده میکردند. با توجه به خصوصیات منحصر به فرد این روش می‌توان بکارگیری گستردهٔ آنرا در زمینهٔ کاربردهای مختلف انتظار داشت.

 

فرآیندهای ترکیبی که از ترکیب لیزر و قوس MIG استفاده می‌کنند برای قرار گرفتن بر سطحی که بایستی جوشکاری در آن انجام شود طراحی شده اند. علاوه بر این تجهیزات ویژهٔ بکار گرفته شده بشکل قابل توجهی ابزارهای مورد نیاز برای آماده سازی لبهٔ مورد نظر برای جوشکاری را کاهش می‌دهند. آلیاژهایی که برای سیمهای پر کننده در قسمت درز گیری بکار میروند باعث یکدست شدن فیزیکی آن ناحیه میشوند. علاوه بر این فرآیندهای ترکیبی بکار گرفته شده قادر اند سرعت انجام کار را بشکل قابل توجهی افزایش دهند. همچنین در نفوذ عمقی و درزگیری کلی هم موثرند. پیشرفتهای بی نظیر اخیر در زمینهٔ دیودهای لیزری موقعیت جدیدی را برای حل مشکلات همیشگی صنعتی فراهم کرده است. البته باید در نظر داشت که این فرآیندها برای همگون شدن با قسمتهای مورد نظر بایستی بشکلی اختصاصی تغییر یابند.

 

لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند 2-10kw در حال حاضر در جوشکاری بدنهٔ اتومبیلها، قسمتهای حمل و نقل، مبادله کننده‌های حرارتی و پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرند. سالها لیزرهای یاقوتی کمتر از500w برای جوش بخشهای کوچک مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای مثال قسمتهای کوچک و ظریف ابزارهای پزشکی، بسته‌های الکترونیکی و حتی تیغ های اصلاح صورت. لیزرهای یاقوتی چند کیلوواتی از گذراندن پرتو از فیبرهای نوری استفاده میکردند. اینکار بسادگی توسط روبوت ها انجام می‌شد و دامنهٔ وسیعی از کاربردهای سه بعدی مثل برش لیزری و جوش بدنهٔ اتومبیلها را ممکن میکرد.

پرتو لیزر در نقطهٔ کوچکی متمرکز می‌شود و باشدتی که در آن نقطه ایجاد می‌کند باعث ذوب و حتی بخار کردن فلز می‌شود. برای تمرکز نیروی لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند، آینه‌های خنک شونده توسط آب بجای عدسی ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. جوشکاری بطور کلی به دو شکل انجام می‌شود. در شکل هدایتی جوشکاری، حرارت از طریق هدایت گرمایی به فلز منتقل می‌گردد. این روش مختص لیزرهای یاقوتی نسبتا کم انرژی تر است کهم معمولا جوشکاری های کم عمق تر با آنها انجام می‌شود. جوشکاری با لیزرهای پر انرژی معمولا در پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرد. در این قسمت است که ذوب و تبخیر فلز اتفاق می‌‌افتد

[anjello 2,427]

بازرسی مخازن تحت فشار --- سیستم کنترل کیفی

 

یک بازرس به تنهایی قادر به نظارت بر کلیه مراحل تولید نیست بلکه باید درون یک تیم کنترل کیفی که تقسیم وظایف بر اساس توانایی های آنها صورت گرفته ، قرار گیرد.

 

خوب تا اینجا منظور من از بازرس ، به طور کلی ناظر کنترل کیفی بود چه بازرس کارفرما یا بازرس کارگاه (پیمانکار).

 

در این قسمت میخواهم یک سیستم کنترل کیفی (Quality Management System) را طبق آنچه که در شرکتهای سازنده امریکایی(همچون ABS) به اجرا گذاشته میشود را توضیح دهم.

 

این سیستم کنترل کیفی شامل یک سری پرسنل ،اسناد ، مدارک و پروسیجر، استانداردهای مورد استفاده جهت طراحی ، ساخت و بازرسی و یک سری آزمونها و تستها می باشد که بطور خلاصه در ادامه مبحث هر کدام تشریح شده اند:

 

 

 

پرسنل مورد نیاز:

 

- مدیر کنترل کیفیت

 

- بازرسان کنترل کیفیت

 

- بازرسان جوش

 

- پرسنل تستهای غیر مخرب

 

دپارتمان کنترل کیفی بوسیله مدیر کنترل کیفیت رهبری شده که خود بوسیله بازرسان کنترل کیفیت ، بازرسان جوش و کنترل کننده های اطلاعات و مدارک همراهی می شود.

 

گروه بازرسان داخلی ، در حین ساخت بازرسی چشمی و ابعادی و دیگر مراحل بازرسی را به انجام می رسانند در حالی که تستهای غیر مخرب ممکن است توسط یک سازمان فرعی تایید شده (Qualified) انجام شود.

 

یکی از وظایف مدیر کنترل کیفی مرور مدارک تاییدیه و سوابق قبلی پرسنل NDT ( که مجاز بوده و دارای Level II یا III هستند ) می باشد.

 

در بعضی از سیستم های کنترل کیفی امکان دارد که یک شخص کار هر یک از بازرسان کنترل کیفی و بازرسان جوش را به تنهایی انجام دهد که در این صورت بازده این سیستم کمتر میشود.

 

در اکثر پروژه ها ممکن است مهندسین کنترل کیفی در کارگاه ساخت(workshop) و یا در محل نصب و احداث تجهیزات ساخته شده (on-site) حضور داشته باشند که در این صورت هر کدام جهت بهتر انجام شدن کار از نیروهای بازرسی کنترل کیفی و بازرسی جوش استفاده میکنند.

 

در ذیل چارت سازمانی دپارتمان کنترل کیفی را مشاهده میکنید.

 

شرح وظایف بازرسان کنترل کیفی و بازرسان جوش خود مبحث طولانی است و در این مقول بنده میخواهم که این مبحث را به شرح وظایف آنها در ساخت مخازن تحت فشار خلاصه نمایم.

 

انواع بازرسی های مربوط به ساخت مخازن تحت فشار را میتوان به موارد زیر خلاصه نمود:

 

- مطالعه و مرور نقشه ها و دستورالعمل های تست

 

- بازرسی مواد اولیه(ورق،فلنج،لوله،پیچ و مهره و ...)

 

- بازرسی ابعادی(برش ورقهای فلزی)

 

- بازرسی قبل از جوش(مونتاژ)، بازرسی لبه های اتصال

 

- بازرسی چشمی جوش

 

- بازرسی ابعادی AS-Built (ابعاد نهایی مخزن)

 

- بازرسی سندبلاست و رنگ(Dry Film Thickness=DFT)

 

- بازرسی قبل از تحویل نهایی مخزن

 

نمودار سازمانی سیستم کنترل کیفی

 

مدارک مورد نیاز که باید همیشه در دسترس بازرس کنترل کیفی باشد شامل موارد زیر میشود:

 

- راهنمای QC

 

- برنامه کاری QC (QC Plan)

 

- چک لیست ها (فهرست بازبینی)

 

- نقشه های ساخت(shop drawings)

 

- نقشه های نقاط تستهای غیر مخرب(NDT Map)

 

- دستورالعمل های تستها

 

- Travelers (برگه ای جهت برچسب زدن به مواد که همراه مواد در پروسه تولید جابجا شده و شامل اطلاعات شماره آیتم و شماره سفارش و تعداد میباشد.)

 

- دفتر ثبت صلاحیت جوشکاران

 

- WPS , PQR (دستورالعمل جوشکاری)

 

- دفتر ثبت بازرسی چشمی جوش

 

- M.T.C(Material Test Certificate) یا برگه گواهینامه تست مواد

 

- گزارشات NDT,DT

 

- دفتر ثبت عملیات حرارتی

 

- گزارشات تستهای نیوماتیک و هیدروستاتیک

 

- دفتر ثبت ابعاد As-Built

 

- M.D.R(Manufacturer’s Data Report)

 

نگران نباشید. تمام این موارد کاملا توضیح داده خواهد شد.

 

 

 

و اما استانداردها و کدهایی که باید در اختیار بازرس کنترل کیفی قرار داده شود شامل استانداردهای مربوط به طراحی و ساخت مخازن تحت فشار و استانداردهای جوشکاری و همچنین استانداردهای مواد میباشد که مشتمل بر موارد ذیل است:

 

 

 

- ASME SEC II PARTS A,B,C & D (مشخصات مواد پایه و مواد مصرفی جوشکاری)

 

- ASME SEC V (تستهای غیر مخرب)

 

- ASME SEC VIII DIV 1 & 2 (استاندارد طراحی مخازن تحت فشار)

 

- ASME SEC IX (دستورالعمل جوشکاری)

 

- TEMA (استاندارد طراحی مبدلهای حرارتی)

 

- API – 661 (استاندارد طراحی کولر ها و هیترهای هوا)

 

- API – 650 (مخازن ذخیره)

 

- API SPECIFICATION 5L (لوله های 5L)

 

- API – 1104 (جوشکاری خطوط لوله)

 

- AISC

 

- JIS(FERROUS METALS SPECIFICATION)

 

- BS – 5500 (ساخت مخازن تحت فشار)

 

- BS – 5950

 

- BS – 4360

 

- BS – 729

 

- DIN (MATERIAL SPECIFICATION)

 

- AWS D 1.1

 

 

 

در اغلب پروژه ها به غیر از استانداردها ،مدارک و اسناد دیگری یافت میشود که اصولا با توجه به خصوصیات پروژه و موقعیت مکانی احداث تجهیزات آن تهیه می شود که به آن مشخصات پروژه یا Project Specification و یا به اختصار Spec میگویند.

 

یک بازرس باید استانداردها را بخوبی بداند و در صورت امکان آنرا تفسیر کند و قبل از ساخت، اسناد مربوط به مشخصات پروژه را کاملا مطالعه نماید

 

 

بازرسی مخازن تحت فشار: نقشه خوانی

 

نقشه خوانی:

 

یک بازرس باید بتواند براحتی یک نقشه را مطالعه کند و در طول ساخت آن را جهت کنترل بکار گیرد. بهترین کسی که می تواند عیوب نقشه را کشف کند بازرس است چرا که اغلب مهندسین طراح در دفاتر مهندسی مشغول طراحی هستند و کمتر به کارگاه ساخت سر میزنند.

 

اکثر مهندسین واحد نقشه کشی صنعتی را در دانشگاه گذرانده اند و با آن آشنایی کامل دارند.البته کسب مهارت در نقشه خوانی مستلزم تجربه در پروژه های ساخت است.

 

همانطور که میدانید یک نقشه دارای فرمت خاصی است که معمولا رعایت میشود .

 

جزئیات یک نقشه شامل موارد زیر میشود:

 

نام شرکت کارفرما

 

نام شرکت پیمانکار

 

نام شرکت سازنده

 

شماره سفارش خرید

 

عنوان نقشه

 

تعداد قطعات با شماره های آن

 

جداول لیست مواد و داده های طراحی

 

مراجع نقشه (اسنادی که در طراحی نقشه مخزن از آنها استفاده شده است.)

 

شماره رویژن (نسخه) نقشه به انضمام نام اشخاص طراح و تایید کنندگان آن(در صورت لزوم تاریخچه تمامی نسخه ها)

 

 

 

معمولا در نقشه های مربوط به مخازن تحت فشار یک نمای کلی وجود دارد و هر جا که لازم باشد جزئیات آن در همان نقشه یا صفحه دیگر آن آورده می شود. همچنین جهت سهولت در بازرسی جوش ،جدول مشخصات جوش و اتصالات در نقشه کلی درج میشود.

 

 

 

نکته : بازرسان جهت خواندن و تفسیر سیمبولها/ علائم اختصاری جوشکاری ها به استاندارد AWS A2.4 مراجعه نمایند. لینکهای مفید در این زمینه را در زیر ببینید.

 

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[anjello 2,427]

جوش زیر پودری

بخش اول

 

جوش زير پودري يک فرايند جوش قوس الکتريکي است که در آن گرماي لازم براي جوشکاري توسط يک يا چند قوس بين يک فلز پوشش نشده، يک يا چند الکترود مصرفي و يک قطعه کار تامين مي شود. قوس توسط لايه اي از فــلاکس پودري قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب و فلز پايه نزديک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگي هاي اتمسفر حفاظت مي کند پوشيده مي شود.

 

اصول عمليات:درجوش زير پودري جريان الکتريکي از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکيبي از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است مي گذرد. فلاکس مذاب معمولا, هادي خوب جريان الکتريسته است، در حالي که فلاکس سرد, هادي نيست. پودر جوش مي تواند اکسيدزداها و ناخالصي زداهايي که با فلز جوش واکنش شيميايي مي دهند را نيز تامين کند علاوه براينکه يک لايه محافظ ايجاد مي کند. فلاکس هاي جوش زير پودري فولادهاي آلياژي همچنين مي توانند حاوي عناصر آلياژي براي بهبود ترکيب شيميايي فلز جوش باشند. . جريان الکتريکي از يک ژنراتور (ترانسفورماتور يا رکتي فاير) تامين شده، از اتصالات عبور مي کند تا قوسي را بين الکترود و فلز پايه بر قرار کند را ذوب مي کند که حوضچه مذاب را براي پرکردن اتصال تشکيل دهند. . . درکليه انواع تجهيزات, غلطک هاي هدايـت با نيروي مکانيکي بطور پيوسته سيم الکترود مصرفي فلزي را از ميان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالي که بايد جوش شود مي راند. سيم الکترود عموما" يک فولاد کم کربن با ترکيب شيميايي دقيق که در يک قرقره يا بشکه پيچيده شده مي باشد. سيم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب مي کند. فلاکس دانه اي در جلوي قوس ريخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده تــوسط سيستم مکش جمع کننده براي استفاده مجدد جمع آوري مي شود. در جوش خودکار بازيابي فلاکس مجموعه اي از تجهيزات و يک لوله بازيابي فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است مي باشد. ..جوش زير پودري به هر دو روش نيمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزايا بيشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نيمه خودکار جوشکار بصورت دستي يک تفنگ جوشکاري (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذيه مي کند را هدايـت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل مي کند. در روش جوش کاملا"خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسير جوش تغذيه و هدايـت کرده و نرخ رسوب را کنترل مي کند.در کاربردهاي خاصي جوش خودکار زير پودري دو يا چند الکترود بصورت متوالي در يک اتصال تغذيه مي شوند. الکترودها ممکن است کنار يکديگر بوده و به يک حوضچه تغذيه شوند يا اينکه به اندازه کافي فاصله داشته تا پس از انجماد يکي حوضچه ديگري تشکيل شود و مستقلا" منجمد شوند. روش جديدتر جوش قوس هاي پشت سرهم است که جوش چند پاس را دريک شيار اتصال براي افزايش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاري تامين مي کند.

 

مزايا و محدوديت ها ::روش هاي خودکار و نيمه خودکار جوش زير پودري در مقايسه با ساير روش هاي جوشکاري مزايا و معايب زير را دارند:**اتصالات را مـــي توان با شيار کم عمق آمـاده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده مي شود. (در برخي کاربردها نيازي به شيار براي اتصالات بين ورق هاي با ضخامت کمتر از "4/1 نيست).

 

پوشش براي حفاظت اپراتور از قوس نياز نيست, اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصيه مي شود.

 

جوش را مي توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و برروي سطح صاف يا استوانه اي يا لوله و از نظر تئوري با هر اندازه و ضخامتي انجام داد. اين روش براي سخت کردن سطحي نيز مناسب است.

 

فـــلاکس به عنوان اکسيدزدا و آخال زدا براي خارج کردن ترکيبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل مي کند تا جوش سالم و باخواص مکانيکي مناسب ايجاد کند.

 

سيم هـــاي الکترود ارزان براي جوش فولادهاي غيرآلياژي و کم کربن استفاده مي شوند. (معمولا" سيم هاي فولادي کم کربن بدون پوشش يا با پوشش نازک مسي براي هدايت بهتر و جلوگيري از خوردگي مي باشند).**جوش زير پودري را مي توان در زير وزش بادهاي نسبتا" شديد جوشکاري نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتري انجام مي دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاري الکترود دستي.

محدوديتهاي جوش زير پودري که برخي در روش هاي ديگر جوشکاري نيز وجود دارند به شرح زير است:

 

پودرجوش : تجهيزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات ديگر و همچنين صفحه نوار يا حلقه پشتبند نيز مورد نياز مي باشد.*پودر جوش ممکن است به آلودگي هايي آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند.*براي دستيابي به يک جوش خوب فلز پايه بايد، يکنواخت بدون پوسته اکسيدي, زنگ, غبار و روغن و ساير آلودگي ها باشد.*جداشدن سرباره از جوش در برخي موارد به سختي صورت مي گيرد. در جوش هاي چند پاس پس از هر عبور بايد سرباره جوش برداشته شود تا از باقي ماندنش درون فلز جوش جلوگيري شود.*اين روش معمولا" براي جوش فلزات با ضخامت کمتر از 3/16", بخاطر Burn Through مناسب نمي باشد.*مگر در کاربردهاي خاص شديدا " به مسطح بودن وضعيت جوشکاري محدود است، زيرا مسطح بودن و افقي بودن وضعيت براي جلوگيري از ريختن فلاکس لازم است.

فلزات مناسب جوش زير پودري:جوش زير پودري براي همه فلزات و آلياژها مناسب نيست. براي سهولت فلزات و آلياژها را مي توان با توجه به مناسب بودن آنها براي جوش زير پودري به سه دسته تقسيم کرد: فلزات بسيارمناسب، فلزات اندکي مناسب و فلزات غيرمناسب .

 

فلزات بسيارمناسب: جوش زير پودري بيشترين استفاده را در جوش فولادهاي غيرآلياژي (فولاد ساده ) کم کربن حاوي کمتر از %30/0 کربن, کمتر از% 5 0/0 فسفر و کمتر از % 5 0/0 گوگرد دارد. اغلب مثال هاي اين مقاله به اين فولادهامربوط است, که محدوده تنش تسليم آنها حدود 000/45 تا Psi 000/85 است و معمولا با فلاکس و الکترود AWS 15.17 – 69 (مشخصات فني فلاکس ها و الکترودهاي فولادهاي آرام ساده براي جوش قوس زير پودري) جوش مي شوند. فولادهاي کربن متوسط و کم آلياژ ساختماني در رده فولادهاي مناسب جوش زير پودري هستند اگرچه اغلب به پيشگرم، پس گرم و استفاده از فلاکس و سيم الکترودهاي ويژه نياز دارند. فولاد ضد زنگ, فولاد کربني آلياژي قابل سخت شدن, و فولاد ساختماني پراستحکام نيز با روش جوش زير پودري جوشکاري مي شوند. روش جوشکاري اين فولادها مستقلا" در مقالات ديگر با عنوان جوشکاري فولادهاي کربني قابل سخت شدن, فولادهاي آلياژي و فولادهاي ضد زنگ توضيح داده شده است. جوش زير پودري همچنين براي ايجاد پوشش هاي مقاوم به سايش براي موقعيـت هايي که تحت سايش هستند بکار مي رود. ***فلـــزات اندکي مناسب : بــرخي فلزات و آلياژهايي را که مي شود به روش جوش زير پودري جوش داد، بيشتر با روش هايي جوش مي دهند که منطقه حرارت داده شده باريک تر باشد. برخي فولادهاي ساختماني پراستحکام کم کـــربن جزء اين گروه هستند زيرا استحکام ضربه و کشش مورد نياز در روش جوش زير پودري به سختي بدست مي آيند. فولادهاي پرکربن, فولادهاي مار تنزيتي, و مس و آلياژهاي مس نيز جزء اين گروه هستند.

 

فلــزات نامناسب: چدن را معمولا" نمي توان به روش جوش زير پودري جوش داد, زيرا نمي تواند تنش هاي حرارتي ناشي از گرماي ورودي را تحمل کند. با اين حال مثال 241 در مقاله جوش قوس چدن, کاربردي را که در آن چدن ماليبل به فولاد کم کربن جوش شده است را تشريح مي کند. مسائلي که در جوش فولاد آستنيته منگنزي و فولاد ابزار پرکربن رخ مي دهند جوشکاري آنها را با هر روش معمولي دشوار مي سازد. آلياژهاي آلومينيوم و آلياژهاي منيزيوم را نمي توان به روش زير پودري جوش داد زيرا فلاکس مناسب براي آن پيدا نمي شود. سرب و روي بخاطر نقطه ذوب پايين مناسب جوش زير پودري نيستند. تيـتانيوم در کاربردهاي آزمايشگاهي به روش زير پودري جوشکاري شده ولي فلاکس مناسب براي جوش آن تاکنون ارائه نشده است.

 

جنبه هاي متالورژيک :سه ويژگي جوش زير پودري در جريان هاي بالا نيازمند توجه ويژه است : الف) در صد بالاي فلز پايه در جوش هنگامي که قطب معکوس جريان مستقيم استفاده شود. ب) مقدار زياد سرباره توليد شده در عمليات . ج) گرماي ورودي زياد که ريز ساختار را تحت تاثير قرارمي دهد.*/*/هنگامي که درصد فلز پايه در رسوب فلز جوش بالا باشد, به حداقل رساندن ناخالصي هاي مضر مانند فسفر و گوگرد بسيار اهميت دارد.مقدار زياد سرباره عموما" منبعي از سيليسيم يا منگنز است که ممکن است مقداري از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود. لذا معمولا" هنگام استفاده از فلاکس هاي پرسيليسيم، از سيم الکترود کم سيليسيم (حداکثر % 05/0 سيليسيم) استفاده مي شود تا از جذب سيليسيم اضافي توسط فلز جوش جلوگيري شـود. همچنين از سيم الکترود کم منگنز حاوي کمتر از 0.50% منگنز معمولا" بـــا فلاکس هاي پـٌر منگنز استفاده مي شود. سيــــم الکترود پرمنگنز حاوي %2 منگنز عموما" با فلاکس هاي کم منگنز استفاده مي شوند. گرماي ورودي زيادي که ازجوشکاري در جريان زياد ناشي مي شود (تا حدود 1500 آمپر) در سرعت هاي حرکت پايين باعث تغيير ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه را کاهش و استحکام کششي و دماي تبديل تردي به نرمي را افزايش مي دهد. تغييرات ريز ساختار : افزايش تغييرات ساختار فلز پايه به چهار عامل وابسته است://حداکثر دمايي که فلز در آن قرارداده مي شود //زمان آن دما//ترکيب شيميايي فلز پايه //سرعت سرد شدنساختار فلز جوش ستوني است زيرا از مرزجامد شروع شده و فقط در يک جهت امکان رشد دارد. در فولاد کربني قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزديک قسمت جوش از فلز پايه بخاطررسيدن به دماي حدود 2800 تا 2200 فارنهايت وجود دارد.فلزي که در دماي 1700 تا 2200 فارنهايت گرم شده نواري از دانه هاي نازک تر دارد. اگرچه اين منطقه در بيشتر از دماي دگرگوني فاز گرم شده, ولي زمان باقي ماندن در اين دما براي درشت ساختار شدن کافي نبوده است. منطقه بعدي 1700 تا1400 فارنهايت، منطقه اي است که فولاد باز پخت شده و به مقدار قابل توجهي نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پايه دورتر از اين منطقه نيز تغيير نکرده باقي مي ماند. اندکي کاربيد کروي شده بخاطر باقي ماندن در حدود 1330 فارنهايت، ممکن است ايجاد شود. پيش گرم و پس گرم کردن, اصول پيش گرم کردن و پس گرم کردن براي جوش زير پودري مشابه ساير روش هاي جوشکاري است. پيش گرم و پس گرم براي فولادهاي سختي پذير, مخصوصا" فولادهايي که کربن آنها از حدود %3/0 و ضخامت آنها بيشتر از "4/3 باشد بکار مي رود.کاهش سرعت سردشدن که در اثر پيش گرم رخ مي دهد، زمان ماندگاري در دماي بالاتر از شروع تغيير حالت مارتنزيتي را افزايش مي دهد و لذا تغيير حالت آستنيت به پرليت ظريف تر بجاي مارتنزيت سخت را افزايش مي دهد. در منطقه جوشي که پيش گرم شده نسبت به جوش پيش گرم نشده احتمال کمتري وجود دارد که فاز سخت تشکيل شود. همچنين بخاطر سرعت سرد شدن کمتر در فولاد هاي پيش گرم شده, خطر ترکيدگي جوش و تنش هاي حرارتي کاهش پيدا مي کند. پـــس گــرم کردن هنگام نياز به تنش زدايي حرارتي, بازپخت, نرمالايز کردن يا تمپرکردن بکارمي رود.

منابغ تغذيه:منابع تغذيه جوش زير پودري عبارتند از:الف) موتور ژنراتور و ترانسفورماتور رکتي فاير, با خروجي جريان مستقيم (DC) . ب)ترانسفورماتور با خروجي جريان متناوب (AC) هر دو جريان هاي مستقيم و متناوب درجوش زير پودري نتايج قابل قبولي ارائه مي دهند. اگرچه هر کدام در برخي کاربردهاي خاص معايب ناخواسته اي دارند- بسته به شدت جريان، قطر سيم الکترود, و سرعت حرکت –که در ليست زير ذکر شده اند:**جوش نيمه خودکار با الکترود "64 / 5 يا "32/3 در جريان مستقيم 300 تا 350آمپر، استفاده از جريان مستقيم ارحج است.**جوش خودکار با يک الکترود در جريان پايين (300تا 500 آمپر) و سرعت حرکت بالا (40 تا 200 اينچ در دقيقه)، استفاده از جريان مستقيم ارحج است. **جوش خودکار با يک الکترود و جريان متوسط (600 تا 900 آمپر) سرعت حرکت 10 تا 30 اينچ در دقيقه، هم جريان مستقيم و هم متناوب استفاده مي شوند.**جوش خودکار با يک الکترود و جريان بالا (1200 تا 21500 آمپر) سرعت حرکت 5 تا 10 اينچ در دقيقه, استفاده از جريان متناوب ارحج است.**جوش خودکار با بيش از يک الکترود و در حالت پشت سرهم و جريان هر کدام از الکترودها 500 تا 1000 آمپر با هم الکترودها، جريان متناوب (يا جريان مستقيم در الکترود جلويي ) استفاده مي شود.**جوش خودکار با دو الکترود در عرض هم, باهر دو جريان مستقيم و جريان متناوب استفاده مي شود.

سيستم هاي تغذيه سيم جوش:تجهيز تغذيه سيم الکترود جوش زير پودري از دو نوع سيستم کنترلي براي کنترل سرعت تغـــذيه سيم (سيستم هاي حساس به ولتاژ و سيستم هاي سرعت ثابت) استفاده مي کنند. سيستم هاي کنترلي حساس ولتاژ با منبع تغذيه هاي جريان ثابت و سيستم هاي کنترل سرعت ثابت با منبع تغذيه هاي ولتاژ ثابت استفاده مي شوند

 

سيم الکترود جوش زير پــودري:سيم هاي الکترود جوش زير پودري فولاد در اندازه هاي مختلف توليد مي شوند. پوشش نازکي از مس براي بهبود هدايت الکتريکي و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگي بر روي سيم ايجاد مي شود.ترکيب شيميائي سيم الکترود به ترکيب شيميائي فلز جوش و خواص مکانيکي و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکيب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکس وابسته است. براي رسيدن به نرخ رسوب بالاتر مي توان از دو يا چند الکترود نازک تر بجاي يک الکترود ضخيم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزايش چگالي جريان و فشار پلاسما جت و افزيش عمق نفوذ و باريک شدن باند جوش مي شود.الف) همـــه الکترودها علاوه برمقادير جدول حداکثر داراي % 35 0/0 گوگرد, % 030/0 فسفر, %15/0مس (غيراز پوشش) و % 50/0 ساير عناصر مي باشند. ب) به علاوه حاوي 05/0 - 15/0 تيتانيوم, 2 0/0 - 12/0 زيرکونينوم, 5 0/0 تا 15/0 آلومينيوم و تا 50/0 درصد ساير عناصر نيز مي باشد. ساده ترين روش براي جلوگيري از تشکيل پرليت و فريت گوشه دار استفاده از حدود %5/0 موليبدن و %200/0 بــُر در ترکيب فولاد است, که با کاهش آهنگ تشکيل محصولات دگرگوني در دماي بالا باعث ايجاد فاز بينيت مي شود. لذا استحکام کششي و تسليم را افزايش مي دهد.

پـودرهاي جوش زير پودري :پودرهاي جوش زير پودري به سه شکل وجود دارند.*پودرهاي ترکيب شده *پودرهاي چسبيده شده *پودرهاي آگلومره */*پودرهاي ترکيب شده: براي توليد پودرهاي ترکيب شده ابتدا اجزاء بصورت خشک مخلوط سپس دريک کوره الکتريکي ذوب و با پاشش آب سرد يا ريختن روي صفحه سرد منجمد مي شود. مزاياي اين نوع پودر عبارت است از :**کاملا توزيع ترکيب شيميائي يکنواخت دارند.**مي توان خاکه آن را بدون تغيير در ترکيب شيميايي جدا کرد.**محصول رطوبت گير نيست و مسائل ذخيره سازي و نگهداري ساده تر دارد.**پودرهاي ذوب نشده را مي توان چندين دور مورد استفاده قرار داد (بدون تغيير قابل توجه).**مناسب براي جوشکاري با بيشترين سرعت

 

محدوديت : محدوديت مهم اين پودر ها عدم امکان افزودن اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دماي حلاليت بالاي آنها است.پودرهاي چسبيده شده: براي توليد پودرهاي چسبيده شده مواد خام تا اندازه D * 100 آسياب مي شوند. بصورت خشک با هم مخلوط شده و با افزودن سيليکات پتاسيم يا سيليکات سديم به هم چسبيده مي شوند. مخلوط حاصل به شکل گلوله درآمده و در دماي پايين خشک مي شوند و بصورت مکانيکي خرد شده و دانه بندي مي شوند.

 

مــزايــا :بخاطر دماي توليد پايين, اکسيد زداها و فرو آلياژها دراين روش قابل افزوده شدن هستند.*چگالي پودر پايين تر است و امکان استفاده از لايه ضخيم تر فلاکس برروي منطقه جوش وجود دارد. -سرباره ايجاد شده بر روي جوش پس از سردشدن بهتر جدا مي شود

 

.محدوديت :محدوديت هاي مهم اين روش عدم امکان جداکردن خاکه بدون تغيير در ترکيب شيميايي و حساسيت بالا به جذب رطوبت است.پودرهاي آگلومره: روش توليد مشابه پودرهاي چسبيده شده است غير از اينکه از يک الک سراميکي استفاده مي شود. در اين نوع پودر نيز براي استفاده از اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دماي Curing بالاي الک (1400 oc) مانند پودرهاي ترکيب شده محدوديت وجود دارد.دانه بندي: اندازه دانه هاي پودر جوش بخاطر تاثير برمصرف بهينه پودر جوش در جريان هاي جوش مختلف حائض اهميت است. در جريان هاي بيشتر از 1500 آمپر بايد از درصد ذرات ريز بيشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد. پودرهاي چسبيده شده که در جريان هاي کمتر استفاده مي شوند بستگي کمتري به اندازه ذرات دارند و عمدتا" در يک سايز توليد مي شوند. حداکثر جريان مناسب براي اين نوع پودر 800 تا 1000 آمپر است. در حالي که برخي انواع پودر ترکيب شده (انواع سيليکات کليسم اصلاح شده ) را تا 2000 آمپر نيز مي توان بکار برد.

 

ترکيب پودرهاي جوش:درزمان پيشرفت فرايند جوش زير پودري در اواسط دهه 1930 پودرهاي ترکيب شده حاوي ترکيبات سيليکاتي استفاده مي شدند که عمدتا" حاوي آلومينا سيليکات منيزيم، کلسيم و منگنز بودند. ترکيبات مورد مصرف در سراسر دنيا ترکيبات سيليکات منگنز ارائه شده درجدول1 بودند. براي تنظيم محدوده ذوب و ساختار آن از دياگرام MnO – SiO2 استفاده مي شد. نتيجه جوشکاري با پودرهاي چسبيده شده تقويت شده، پس از ذوب و انجماد جوش در فلز جوش مشابه پودر ترکيب شده است. فروسيليم و اکسيد منگنز و سيلسيم فلاکس ترکيب مي شوند. لذا مقدار MnO نسبت به SiO2 که براي جوش زير پودري مناسب است در قسمت جوش باقي مي ماند.انواع پودرهايي که در جدول1 توضيح داده شده براي دستيابي به خواص پيشرفته تر و هزينه اقتصادي تر و ظاهر مناسب تر گرده جوش در مقادير کمتر منگنز اصلاح شده اند. برخي ترکيبات پودرها با بازيسيته بيشتر (که مقادير CaF2, CaO دارند) خواص مکانيکي بهتري در فلز جوش ارائه مي دهند و افزودن تيتانيوم پايداري قوس بيشتر و اکسيد فلزات خاص ظاهر جوش را در فولادهاي آلياژي بهبود مي دهند. براي رسيدن به ظاهر جوش مناسب در جوشکاري پرسرعت ورق ها خواص دمايي گرانروي فلاکس را بايد تنظيم کرد. فلاکس هاي کاربردهاي خاص براي منظورهاي خاص طراحي مي شوند.

 

مقايسه پودر جوش زير پـــودري با پوشش الکترود:پودرهاي جوش زير پودري در مقايسه با مواد بکار رفته در پوشش الکترودهاي جوشکاري الکترود دستي چند تفاوت عمده دارند. فلاکس هاي جوش الکترود دستي حاوي ترکيباتي مانند سلولز براي ايجاد گاز محافظ است. همچنين ترکيباتي با تابع کاري پايين مانند اکسيد سديم و اکسيد پتاسيم براي کمک به شروع قوس و پايداري آن و مواد ديگري براي تقويت نفوذ, نرخ ذوب و استفاده از قطب هاي مختلف جريان به پوشش الکترود اضافه شوند. که پودرهاي جوش زير پودري غالبا" به اين ترکيبات نيازي ندارند, زيرا وجود سرباره مذاب و دانه هاي کروي پودر از قوس حفاظت کرده و نيازي به گاز محافظ نيست. وجود ترکيبات سيليس و فلورايد عموما"پايداري مطلوب قوس را تضمين مي کند و حداقل %10 فلورايد کلسيم براي بهبود سياليست فلاکس مذاب به سيليکات هاي فلزي پودر اضافه مي شوند.پوشش هاي الکترود هاي جوش قوس الکترود دستي بخاطر اينکه بايد قابل اکسترود باشد و ساير ملزومات توليد داراي فــرمول پيچيده اند وبرعکس آن پودرهاي جوش زير پودري ازترکيبات معدني ساده و از سيستم هاي دوتايي, سه تايي و يا چهار تايي انتخاب مي شوند. رايج ترين فلاکس ها از سيستم MnO – SiO2 و يا CaO - SiO2 تشکيل شده انـــد که مي توانند با اکسيدهاي آلومينيم, منيزيم, زيرکونيوم و تيتانيوم ترکيب شود و فلاکس هاي کاربردهاي خاص را به وجود آورند.فلاکس هاي الکترودهاي پوشش و فلاکس هاي جوش زير پودري به روش هاي متفاوتي دسته بندي مي شوند. استانـــدارد AWS A5.1-6 الکترودهـــا را برحسب نوع مواد پوشش فلاکس دسته بندي مي کند. و استاندارد A 5.1 7-69 براي دسته بندي پودر جوش زير پودري به طبيعت شيميايي فلاکس ارتباطي ندارد فقط به خواص مکانيکي رسوب جوش که با الکترود مخصوص به وجود مي آيد مربوط است. در عمل بيشتر الکترود و فلاکس جوش زير پودري از روي ظاهر جوش انتخاب مي شوند تا در نظر گرفتن جنبه هاي فني.

 

نقطه ذوب و نرخ ذوب پودرهــاي جوش:يک پودر جوش موثر بايد دردماي بالا به خوبي سيال باشد و لايه روان و محافظ برروي فلز جوش ايجاد نمايد و آنرا از اکسيد شدن حفاظت کرده ولي در دماي اتاق ترد باشد و به آساني از روي جوش جدا شود. نقطه ذوب و چگالي فلاکس نيز بايد کمتراز فلز جوش باشد که گازهاي توليد شده بين فلز و سرباره بتوانند وارد سرباره شوند و براي تکميل وظيفه سرباره سازي بايد فلاکس پس از تکميل انجماد فلز جوش منجمد شود. لذا حد بالايي دامنه ذوب پودر جوش زير پودري حدود 1300 oC مي باشد. مقدار فلاکس ذوب شده در هر دقيقه به ولتاژ و جريان جوش بستگي دارد و در جريان ثابت مقدار پودر ذوب شده در هر دقيقه با افزايش ولتاژ جوش افزايش مي يابد. در عمل معمولا" وزن فلاکس ذوب شده و وزن الکترود ذوب شده برابرند.

[anjello 2,427]

بخش دوم وپایانی

 

تاثير فلاکس بر ترکيب فلز جوش:واکنش هاي بين فلز جوش مذاب و پودر جوش ذوب شده در ضمن جوشکاري زير پودري شبيه واکنش بين مذاب و سرباره در فولاد سازي است. و لذا وظيفه سرباره مذاب کاهش ناخالصي هاي فلز جوش و تامين عناصري مانند منگنز و سيليکون براي فلز جوش است. چنانچه در قسمت الف شکل 4 مشاهده مي شود با افزايش MnO درسرباره تا حدود 10 درصد مقدار منگنز فلز جوش افزايش سريع دارد که به تدريج مقدار اين افزايش کم مي شود. لذا بسياري از فلاکس ها حاوي حدود %10 اکسيد منگنز است. رابطه مقدار SiO2 موجود در فلاکس و مقدارSi فلز جـــوش متفاوت است و تا هنگامـــي که SiO2 موجود در سرباره حدود %40 باشد سيليسم اندکي جذب نمي شود لذا فلاکس هاي تجاري و مخصوصا" فلاکس هايي که براي جوش هاي با چند پاس توليد مي شوند مقدار زياد حدود %40, SiO2 دارند. برخي فلاکس ها مي توانند فروآلياژها را براي جوش تامين کنند. اکسيدهاي فلزي موجود در پودر مانند NiO, MnO3, Cr2O3 باعث انتقال عناصر فلزي از سرباره به فلز جوش شوند. مقدار Cr2O3 فلاکس, ترکيب الکترود, ترکيب فلز پايه اي که بر روي آن فلز جوش رسوب مي کند بر مقدار سيليسم باقي مانده در فلز جوش تاثير مي گذارند.همه عواملي که زمان واکنش فلز - سرباره يا متوسط دماي حوضچه جوش را تغيير دهد, برتوزيع عناصر آلياژي باقي مانده در فلز جوش تاثير خواهد گذاشت. در شرايط طبيعي جوشکاري, سرعت حرکت مهمترين عامل در رسوب عناصر آلياژي است و نيز افزايش ولتاژ عموما" باعث افزايش عناصر فلزي منتقل شده به فلز جوش مي شود.

 

گرانروي و هدايت سرباره ها :براي اينکه فلاکس در برابر نفوذ گازهاي اتمسفري مقاوم باشد بايد گرانروي آن در منطقه جوش به اندازه کافي بالا باشد که در ضمن بتواند از سرريز شدن فلز مذاب و حرکت آن به سمت جلوي قوس که ممکن است باعث حبس سرباره در زير فلز جوش مذاب شود جلوگيري کند. از طرف ديگر به اندازه کافي سيال باشد که حل شدن سريع اجزاء غير فلزي مانند اکسيدها و خارج شدن گازها از فلز مذاب را ممکن سازد. ويسکوزيته فلاکس مذاب در دماي oC1400 در حدود 2 تا 7 poises مي باشد.دانه هاي پودر جوش در دماي اتاق عايق الکتريکي هستند و مقاومت آنها با افزايش دما کاهش مي يابد و سرباره هاي مذاب در دماي حوضچه جوش بسيار هادي هستند.

 

روابط الکتريکـي :روابط الکتريکي منطقه جوش توسط نوع فلاکس و روش جوشکاري تعيين مي شود.. بررسي هاي نوسان نگاري، اسپکتوگرافيک و راديو گرافيک, قوس طبيعي را در هنگام جوشکاري زير پودري نشان مــي دهند. براي محاسبه روابط الکتريکي ثبت ولتاژ در بررسي هاي نوسان نگاري مهمترين عامل است.

 

شرايـط جوش:دانسيته جريان الکتريسته در سيم الکترود جوش زير پودري در مقايسه با مقدار آن در جوش الکترود دستي چندين برابر بزرگتر و نرخ ذوب و سرعت جوشکاري نيز بيشتر است. ارتباط بين ولتاژ معمول تجهيزات صنعتي و جريان نشان داده شده است. براي اين داده ها فرض شده که هر يک از تنظيمات جريان جوشکاري دامنه اي حدود 10 ولت دارد، که در اين محدوده جوش سالم در ولتاژهاي بالاتر گرده جوش پهن تر و در ولتاژهاي پايين تر گرده جوش باريکتر مي دهند. در ولتاژ جوشکاري و مجموع و پتانسيل کاتد و آند با افزايش جريان جوشکاري افزايش مي يابند. و در هر جرياني با کاهش ولتاژ و يا مجموع پتانسيل کاتد و آند مقدار پودر ذوب شده کاهش مي يابد و به صفر نزديک مي شود. خطي نبودن کاهش پتانسل کاتد و آند نشان دهنده وجود هدايت الکتروليتي است.حداکثر سرعت جوشکاري قابل استفاده براي جوشکاري بدون عيب و رفتار پايدار, با جريان جوشکاري تغيير مي کند. هنگامي Undercut رخ مي دهد که جوشکاري در سمت راست خط مورب انجام شود.مثلا" جوش تک پاس را در ورق هاي به ضخامت 1 اينچ را مي توان با 1500 آمپر و با سرعت 10 اينچ در دقيقه جوش داد.

 

فاصله نازل : فاصله بين سطح فلز پايه و نوک لوله تماس (نازل) در گرماي وارده به جوش و لذا نرخ ذوب تاثير مي گذارد. زيرا نرخ ذوب الکترود جوش مجموع ذوب شدن براثر گرماي قوس و ذوب شدن براثر گرماي مقاومت الکتريکي (I2R) در طول الکترودي که از نازل خارج شده است مي باشد. بسته به طرح اتصال و طول قوس, انتهاي الکترود ممکن است بالاتر, هم سطح يا زير سطح بالايي فلز پايه باشد. نرخ ذوب ناشي از گرماي مقاومتي I2R در الکترود تابع نمايي از طول الکترود بين نازل و قطعه کار، جريان و قطر الکترود مي باشد. افزايش مقدار ذوب بر اثر گرماي مقاومتي به شدت جريان و طول الکترود خارج از نازل وابسته است, که هر دو تابعي از قطر الکترود مي باشند

 

نفـــوذ:نفوذ, عمق تشکيل رسوب جوش درشيار يا سطح فلز پايه است که معمولا" فاصله زيرسطح اصلي است، که فلز آن ذوب شده است. ولتاژ کم اهميت ترين و جريان جوشکاري مهمترين عامل در محاسبه نفوذ و سرعت جوشکاري است. تاثير متقابل ولتاژ, جريان و سرعت حرکت جوش بر مقدار نفوذ که از چندين آزمايش زير پودري بدست آمده اند. براي ساير فرايندهاي جوش قوس، GMAW وSMAW نيز رابطه خطي مشابهي بدست آمده است. شيب اين خط مورب در فرايندهاي مختلف متفاوت است و بيشترين مقدار آن مربوط به فرايندهايي است که از گازهاي محافظ هليم يا CO2 استفاده مي کنند. ظرفيت حرارتي فلز جوش مذاب براي محاسبات گرماي ورودي و سرعت سردشدن داراي اهميت هستند و با مقطع عرضي گرده جوش که نشان دهنده مقدار فلزي است که براي ذوب شدن گرم مي شود، متناسب است. بازده توليد براي هر روش جوشکاري به اندازه گيري اين ناحيه مربوط مي شود. ارتفاع گرده جوش با افزايش جريان جوشکاري و کاهش سرعت حرکت جوشکاري افزايش مي يابد و تاثير ولتاژ برگرده جوش ناچيز است.

 

رقــت ::نسبت فلز پايه به رسوب فلز جوش عامل مهم در کنترل خواص مکانيکي فلز جوش است. رقت فلز جوش از فلز پايه را مي توان از روي نسبت حجم گرده (سطح مقطع عرضي درطول گرده) بر فلز پايه حساب کرد.رقت فلز جوش از فلز پايه با افزايش نسبت جريان به سرعت جوشکاري افزايش مي يابد. با افزايش ولتاژ نرخ ذوب الکترود اندکي کمتر شده و لذا باعث افزايش رقت مي شود.

 

بازيسيته پــودر جــوش ::انديس بازي پودر جوش (BI) معيار ديگري براي طبقه بندي پودرهاي جوش است که مقدار اسيدي بودن روش توليد فلاکس را و همچنين فعال ، خنثي يا آلياژي بودن فلاکس را مشخص مي کند. انديس بازي نسبت مجموع اکسيدهاي فلزي با پيوند سخت به مجموع اکسيدهاي فلزي با پيوند سست است . انديس بازي برآوردي از مقدار اکسيژن فلز جوش است و لذا مي تواند براي بيان خواص فلز جوش بکار رود. پودرهاي جوش با بازيسيته بيشتر تمايل به داشتن اکسيژن کمتر و استحکام بالاتر در فلز جوش دارند. در حالي که پودرهاي جوش اسيدي, جوشي با اکسيژن بيشتر ، ريز ساختار درشت تر و با مقاومت کمتر در مقابل تورق توليد مي کنند.پودرهاي جوشي با انديس بازي بيشتر از 5/1 پودر جوش بازي و با انديس بازي کمتر از يک ، پودر جوش اسيدي شناخته مي شوند. پودرهاي جوش اسيدي معمولا براي جوش هاي تک پاس مناسبند و رفتار جوش مناسب و در گرده جوش خاصيت ترکنندگي خوب دارند.علاوه برآن پودرهاي جوش اسيدي در مقايسه با پودرهاي جوش بازي مقاومت بيشتري در برابر ايجاد تخلخل ناشي از آلودگي هاي چون روغن ، زنگ و پوسته هاي نوردي در ورق دارند.پودرهاي جوش بازي در مقايسه با پودرهاي جوش اسيدي مقاومت به ضربه بهتري نشان مي دهند. اين مزيت در جوش چند پاس به وضوح مشهود است. پودرهاي جوش با بازيسيته زياد در جوش هاي بزرگ با چند پاس خواص ضربه خيلي خوب ودر جوش تک پاس خواص ضعيفتري را در مقايسه با پودرهاي جوش اسيدي نشان مي دهند.لذا مصرف پودرهاي جوش بازي بايد به جوش هاي بزرگ چند پاس که در آن استحکام ضربه خوب براي فلز جوش نياز باشد محدود شود

 

.منابع عيوب در جوش زير پودري::جوش زيرپودري فرايندي با گرماي ورودي بالاست و در زير لايه محافظ فلاکس انجام مي شود ولذا امکان بروز عيوب جوش در اين روش بسيار کمتر از ساير روش هاست . عيوبي که بعضا" در جوش زيرپودري رخ مي دهند عبارتند از: ذوب ناقص ، سرباره باقيمانده درون جوش ترک انقباضي ترک هيدروژني و تخلخل. ذوب ناقص و سرباره باقيمانده درون جوش اغلب ناشي از قرار گرفتن صحيح گرده جوش برروي درز جوش و يا از فرايند ناشي مي شود. انحراف گرده جوش از محل خود باعث ايجاد چرخش و تلاطم فلز مذاب و اکسيژن تکه هايي از سرباره به درون فلز جوش شود. و اگر هم که گرده جوش دور از لب هاي اتصال باشند باعث عدم نفوذ کافي جوش به فلز پايه شود. گرده جوش تاجي شکل که براثر پايين بودن ولتاژ ايجاد مي شود نيز احتمال بروز نفوذ ناقص و محبوس شدن سرباره را بخاطر مختل شدن حرکت يکنواخت مذاب تشديد مي کند.

 

ترک انقباضي :ترک انقباضي در وسط طول گرده جوش زير پودري هنگامي رخ مي دهد که شکل گرده جوش و يا طرح اتصال مناسب نباشد و يا مواد جوش غلط انتخاب شده باشند.متمايل به ترک انقباضي در جوش با گرده جوش محدب و به شکل گرده ماهي هنگامي که نسبت پهنا به ارتفاع آن بيشتر از يک باشد کمتر است. هنگامي که عمق نفوذ جوش زياد باشد تنش هاي انقباضي باعث ترک طولي در وسط جوش مي شود و خطر اين ترک مي تواند براثر طرح اتصال نامناسب تشديد شود. مواد مستحکم تر بدليل تنش بيشتر در جوش تمايل بيشتري به ايجاد ترک دارند. لذا هنگام استفاده از اين مواد بايد در انتخاب مواد جوش, آماده سازي طرح اتصال, دماي پيش گرمايش و دماي بين پاس ها کاملا دقت شود.

 

ترک هيدروژني ::ترک هيدروژني يک فرايند کند است و برخلاف ترک انقباضي که بلافاصله پس از جوش ظاهر مي شود ايجاد آن تا روزها پس از جوش نيز مي تواند ادامه يابد. براي کاهش خطر ترک هيدروژني بايد همه منابع هيدروژن مانند آب ، روغن و آلودگي هاي موجود در فلاکس الکترود و سطوح اتصال حذف شوند و ورق فلاکس و الکترود کاملا" تميز و خشک باشند.فلاکس و الکترود را بايد در محل هاي خشک و مقاوم به رطوبت نگهداري کرد و چنانچه در معرض رطوبت قرار گرفت بايد طبق دستور سازنده مجددا" خشک شوند.انتخاب مواد جوش مناسب براي فولادهاي پراستحکام مقاومت جوش را در برابر ترک هيدروژني افزايش مي دهد. مواد جوش ويژه مقاوم در برابر ترک هيدروژني ساخته مي شوند که قابليت نفوذ هيدروژن در جوش را کاهش مي دهند. پيش گـــرمايش قطعه کار خطر ترک هيدروژني را باز هم کاهش مي دهد. قطعات ضخيم گرماي پيش گرم را تا ساعت ها پس از جوشکاري در قطعه نگه مي دارند. لذا خطر ترک هيدروژني در اين قطعات کمتر است. دماي پيش گرم مناسب بيشتر از oC100 است زيرا در اين دما هيدروژن درون فولاد کاملا متحرک است و به خروج بيشترين مقدار هيدروژن از فولاد کمک مي کند.

 

تخلخل::درجوش زير پودري سرباره حفاظت خوبي از مذاب انجام مي دهد و لذا تخلخل ناشي از ورود گاز به مذاب در جــوش. زير پودري معمول نيست. در جوش زيرپودري منشاء تخلخل ممکن است از درون مــذاب و يا فشردگي هايي در سطح گرده جوش باشد. براي کاهش تخلخل در جوش زير پودري بايد پوشش فلاکس کافي باشد و ورق، الکترود و فـــلاکس از همه آلودگي ها از جمله رطوبت روغن و غيره پاک باشند. در سرعت هاي بيش از حد جوش کاري نيز حباب هاي گاز فرصت خارج شدن از مذاب را پيدا نمي کنند که در صورت وجود حباب ها درست در زير سرباره براي کنترل آن بايد سرعت پيشروي جوشکاري را اندکي کاهش داد.

[anjello 2,427]

American Welding Society (AWS)

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

ادرس جامعه مهندسین جوش امریکا

[anjello 2,427]

جوشكاری اصطكاكی (FRW) Friction Welding

 

این نوع جوشكاری در زمرة پروسه های جوش حالت جامد می باشد روش های جوشكاری حالت جامد كه بیشتر متداول هستند عبارتند از:

 

جوشكاری اصطكاكی Friction welding

 

جوشكاری فشاری Pressure welding

 

جوشكاری آهنگری یا پتكه ای Forge welding

 

جوشكاری با امواج صوتی Ultrasonic welding

 

در جوش های حالت جامد برخلاف فرآیندهای حالت ذوبی كه محل اتصال در نتیجه ذوب موضعی دو قطعه و تداخل آنها و عمل انجماد انجام می شد، اتصال بدون تشكیل مذاب انجام می شود.ولی ممكن است فیلمی از فلز مذاب در یك مرحله میانی از عملیات بین سطوح اتصال ایجاد گردد اگرچه فلز مذاب معمولاً به طور كامل از جوش جدا می شود،ولی در حضور كوتاه خود نقش مفیدی را در انجام جوش ایفا می كند.

 

به طور كلی جوشكاری اصطكاكی بر اساس تبدیل انرژی مكانیكی به انرژی گرمایی استوار است كه دو قسمت مورد اتصال را به هم نزدیك كرده و با ایجاد حركت دورانی سریع یكی از آنها بر روی دیگری و مالش و اصطكاك دو قطعه، گرمای زیادی تولید شده و موجب حالت پلاستیسیته در لبه های اتصال می شود با فشار اعمال شده نهایی قطعات در هم فرو می روند و اتصال ایجاد می شود.

 

 

مكانیزم اتصال :

 

می دانیم كه سطوح در مقیاس میكروسكوپی دارای برآمدگی ها و فرورفتگی هایی هستند و علاوه بر آن لایه اكسیدی نازك و یا ناخالصی های دیگر بر روی سطح پوشیده شده است . هرگاه سطوح به طور كامل در كنار هم قرار نگیرند نیروی چسبندگی بین مولكولی بین آنها برقرار نشده و در نتیجه اتصال انجام نمی گیرد هدف اصلی در جوشكاری اصطكاكی برطرف نمودن این ناهمواری ها و ناخالصی ها و اعمال فشار برای اتصال دو سطح است.

 

هنگامی كه دو سطح با فشار معین بر روی هم مالیده می شوند نقاط بلند بهم برخورد كرده و از بین می روند، همزمان لایه اكسیدی برداشته شده و دو سطح فلز در تماس با یكدیگر قرار می‌گیرند و بدین ترتیب یك باند یا چسبندگی موقت (Seizures) به وجود می آید با ادامه حركت ،این چسبندگی بریده شده و یك باند تازه تر به وجود می آید بدین ترتیب انرژی مكانیكی به حرارتی تبدیل شده و به تدریج درجه حرارت سطح افزایش می یابد.بنابراین استحكام فشاری كاهش یافته و تغییر فرم پذیری راحت تر انجام می گیرد، نقاط برآمده به سرعت محو شده و سطوح در حالت چسبندگی كامل قرار می گیرند با فرض این كه نرخ حرارت تولیدی بیشتر از حرارت فروكشی باشد درجه حرارت بالاتر رفته و حالت پلاستیكی نیز بیشتر می شود تا جایی كه استحكام فشاری قادر به تحمل نیروی فشاری نیست و سطح زیر فشار گسترده تر شده و لبه ها در هم فرو می روند و حتی كمی به بیرون بر می گردند.

 

به خاطر حركت چرخشی دسته كم یكی از دو قطعه در محل اتصال می بایست سطح مقطع دایره ای داشته باشد جوشكاری اصطكاكی به طور كلی به دو دسته تقسیم می شود:

 

الف) جوشكاری اصطكاكی لحظه ای Inertia friction

 

ب) جوشكاری اصطكاكی مداوم Continuous drive friction

 

البته امروز روش های پیشرفته كه تركیبی از دو تكنیك بالاست به كار می رود هر دو نوع جوشكاری می تواند بدون توقف و به طور كامل به صورت ماشینی انجام شود و می توان پارامترهای عملیاتی را از قبل برنامه ریزی نمود. FRW برای قطعاتی كه بتوان آنها را از نظر اندازه و شكل با ماشین جوش اصطكاكی تطبیق داد پروسه ای جالب می باشد زیرا هیچ ماده filler یا پر كننده لازم ندارد و مثلاً برای جوشكاری فولاد كربنی ساده و آلیاژی حفاظت با گاز لازم نمی باشد. جوش بدست آمده از این روش كیفیت بالایی دارد و برای تولیدات انبوه مقرون به صرفه است.

 

با پیشرفت های انجام شده می توان جوشكاری اصطكاكی را به جای چرخش با حركت انجام داد كه باعث گسترش این پروسه و تطبیق قطعات متنوع با این پروسه شده است.

 

برای تولید یك جوش قابل قبول پارامترهای عملیاتی از قبیل نیروی اعمالی، سرعت چرخش و زمان می تواند در رنج گسترده ای تغییر كند نیروی اعمالی باید به مقدار كافی بزرگ باشد تا سطوح را در تماس با یكدیگر نگه دارد زمان عملیات هم باید به گونه ای باشد كه اكسیداسیون سطوح به حداقل برسد. نیروی ناكافی حرارت كمتری ایجاد می كند كه منجر به عدم اتصال مناسب سطوح می گردد از طرف دیگر نیروی بیش از اندازه حرارت زیادی تولید می كند كه منجر به ذوب شدن دو فلز می شود. به عنوان مثال برای جوشكاری فولاد نیرو در محدوده 30-60 MPa و سرعت زاویه ای حداقل 90 m/min می باشد. زمان گرمادهی برای قطعات كوچك از 5 تا 10 ثانیه می باشد. زمان باید به اندازه كافی باشد تا اجازه رسانش گرمایی به بخش های مركزی سطوح كه دارای حركت نسبی كمتری برای تولید حرارت می باشند را بدهد از طرف دیگر افزایش زمان گرمادهی منجر به افزایش سطح مقطع اتصال و گسترش منطقه HAZ در دو طرف جوش به طور غیرعادی می شود.

 

مزایا و محدودیت های جوشكاری اصطكاكی

 

 

مزایا :

 

عدم نیاز به فلاكس ( روانساز) ، ماده پر كننده و گاز محافظ

 

مصرف انرژی الكتریكی كمتر و به طور كلی انرژی مورد نیاز

 

عملیات جوشكاری نسبتا تمیز و بدون قوس الكتریكی ،دود و گاز

 

منطقه Haz باریك و دارای دانه های ریز تر حتی نسبت به فلز اصلی

 

محدودیت ها :

 

یكی از قطعات باید گرد باشد . همچنین باید دارای شكل و طرحی باشد كه بتوان آن را روی دستگاه بسته و به گردش درآورد. البته این محدودیت با طراحی های جدید بر طرف شده است ولی هزینهای مصرفی نسبتا بالاست.اكثر مواد و فلزات را میتوان با این روش جوشكاری نمود و تقریبا هیچ محدودیتی نداریم.

 

پوشش كاری بوسیله جوشكاری اصطكاكی:

 

پوشش كاری بوسیله جوشكاری اصطكاكی هم اكنون تحت مطالعات زیادی قرار دارد زیرا به قلمرو فلزات، آلیاژها و همچنین كامپوزیت ها قدم گذاشته است و یك لایه كاملاً مجزا از پوشش را روی ماده زیری اعمال می كند یكی از امتیازات و مزیت های این روش نسبت به سایر روش های پوشش كاری این است كه محلول پس زده شده و فلز مذاب پایه ندارد. پوشش دهی اصطكاكی از مشكل ناشی از ذوب ماده مصرف شدنی در هوا به وسیله مكانیزم پیچیده انجماد رسوب به همراه هیدروژن بدست آمده و ترك های سرد و شرایط نامطلوب سطحی همراه با دانه های حاصل از جوشكاری (beads) جلوگیری می كند در پوشش كاری اصطكاكی از یك ماده مصرف شدنی دوار كه می توان یك شمش جامد فلزی با سطح مقطع گرد و با یك تیوپ فلزی پر شده از یك ماده انتخابی استفاده می شود انتهای آزاد ماده مصرف شدنی با اعمال یك فشار بر روی سطح زیر لایه (سطح قطعه كار) آورده می شود و به دلیل این كه ماده مصرفی دوار دارای مقاطع كوچكتراست دمای آن سریع تر بالا می رود بدین سان قطعه كار با یك حوزه گرمایی و یك منطقه HAZ مینیمم روبرو می شود هنگامی كه انتهای گرم ماده مصرف شدنی در حال چرخش، پلاستیسیته می شود ماده مصرف شدنی زیر یك فشار به سطح فلز پایه جوش می خورد. شكل 6 ضرورت تكنیك پوشش كاری اعمالی و یك ماشین در حال كار را نشان می دهد. راهنمای عملیات و پارامترهای مورد نیاز پروسه استخراج و فهرست شده اند ماده مصرف شدنی در شكل 6 یك شمش با سطح مقطع گرد با قطر mm 25 است كه یك لایه با ضخامت حدودی 2 میلی متر با نرخ تقریبی 4.5 گرم بر ساعت با سرعت دوران rpm 975 در زیر فشار عمودی 28 كیلو نیوتن با سرعت سیر 4.9 میلی متر بر ثانیه نشان می دهد سرعت دوران های بالاتر منجر به لایه رسوب نازكتر می شود و كیفیت جوش در فصل مشترك با قطعه بهبود می یابد نیروی محوری كمتر ضخامت لایه رسوب را افزایش می دهد اما پهنای باند موثر را كاهش می دهد.

[anjello 2,427]

آموزش جوشکاری MIG

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[anjello 2,427]

دانلود ترجمه استاندارد بازرسی چشمی جوش AWS B1.11

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[anjello 2,427]

مقدمه اي بر جوشکاري و متالوژي جوشکاري

 

مقدمه اي بر جوشکاري و متالورژي جوشکاري : بيشتر سازه ها در صنعت از قطعات مختلف ( ريختگي ، آهنگري شده ، نوردي و ... ) تشکيل شده اند که با روش هاي گوناگوني بر يکديگر متصل مي شوند . روش هاي متفاوت اتصال فلزات به يکديگر را برحسب نوع فرآيند و يا بنيان علمي آنها به دسته هاي مختلفي طبقه بندي نموده اند : الف ) روش هاي مکانيکي (پيچ ، پرچ ، پين ، خار و... ) ب) روش هاي متالورژيکي ( جوشکاري ، لحيم کاري و غيره ) ج) روش هاي شيميائي ( چسب هاي معدني و آلي ) و يا رده بندي بر اساس نوع اتصال : الف : روش هاي اتصال موقت ( پيچ و مهره ، پين و خار و....) ب : روش هاي اتصال نيمه موقت ( پرچ ، احتمالا لحيم کاري نرم و بعضي چسب ها ) ج : روش هاي اتصال دائم ( فرآيند جوشکاري و......) جوشکاري و رده بندي فرآيندهاي جوشکاري : جوش ايده آل را مي توان به محل اتصالي اطلاق نمود که نتوان آن موضع را از قسمت هاي ديگر قطعات جوش داده شده تشخيص داد .با وجود دست نيافتن به اينچنين مشخصات ، مي توان خواص محل اتصال را چنان بالا برد که در عمل کاملا رضايتبخش باشد .نکته حائز اهميت از نظر کارشناسي تشخيص نوع فلزي است که جوشکاري بر روي آن انجام مي گيرد

 

 

 

نوع اتصال و کاربرد قطعه نيز به منظور انتخاب روش جوشکاري ، مواد لازم و نکات جانبي ديگر نيز از اهميت زيادي برخوردار هستند . زيرا هر نوع جوش نمي تواند در تمام شرايط خواص مورد نظر را تامين نمايد . انرژي مهمترين عامل در روش هاي جوشکاري براي اتصال دو قطعه است که مي تواند از منابع شعله اي ، قوس الکتريکي ، مقاومت الکتريکي ، تشعشعي و يا مکانيکي تامين شده و به کار برده شود . به جز مواردي نظير جوشکاري حالت جامد ، محل جوش از طريق ذوب شدن موضعي قطعات مورد جوش و اغلب همراه با ماده اضافي ( سيم جوش ) ، بوجود مي آيد . نکته حائز اهميت ديگر تميزي و عدم آلودگي سطح موضعي جوش است که بايد عاري از هر گونه مواد اکسيدي و ناخالصي هاي ديگر باشد . اين آلودگي ها مي توانند بقاياي مواد آلي ، گازهاي جذب شده و يا ترکيباتي نظير اکسيد فلز باشند ، که رسيدن به خواص خوب اتصال مستلزم تميز کردن اين نوع آلودگي ها است . اين پديده که معمولا در هر نوع فرآيند جوشکاري پيش بيني مي شود از طرق واکنش هاي شيميايي ( سرباره ) ، پراندن ( از طريق قوس الکتريکي با جريان دائم و الکترود مثبت ) يا مکانيکي ( سائيدن يا ماليدن ) انجام يافته و ناخالصي ها از محل جوش زدوده مي شوند . پس از حذف آلودگي هاي محل جوش ، اين موضع بايد در هنگام جوشکاري نيز از اکسيژن و ازت هوا دور نگهداشته شود چون هر کدام از اين دو گاز مي توانند توليد اکسيد و نيتريد در مذاب کرده و خواص جوش را به خطر بياندازد . دور نگه داشتن محل جوش از هوا مي تواند با استفاده از مواد پوششي نظير فلاکس يا گازهاي خنثي نظير آرگون و يا گازهايي که نسبت به مذاب بي اثر هستند ، انجام گيرد .

 

همچنين مي توان از طريق تماس نزديک دو سطح يا لبه ها و کاهش نسبي هواي محبوس در آنها نيز اين عمل را انجام داد و يا اينکه به طور کلي جوشکاري در خلا انجام پذيرد . در بعضي فرآيندها سرعت جوشکاري آنقدر سريع و حرارت محدود است که فرصتي براي انجام واکنش هاي اکسيدي وجود ندارد و ممکن است محافظت محل جوش از هوا ضرورتي نداشته باشد . در برخي موارد و روش ها از مواد اکسيژن زدا نيز استفاده مي شود تا اکسيژن و مواد اکسيدي جذب شده توسط مذاب را نيز بتوان از آن خارج نمود . ترکيب شيميائي محل جوش نيز براي رسيدن به جوش با خواص رضايتبخش از عوامل اصلي محسوب مي شود که در بعضي مواقع مانند ريخته گري لازم است که مواد اکسيژن زدا يا آلياژي به جوش اضافه شود ، چون برخي آلياژها در يک حد معين از ترکيب شيميائي قابليت جوشکاري دارند . بحث در اين زمينه يعني رابطه شرايط جوشکاري ، ترکيب شيميائي تعيين کننده در ساختار مکانيکي و خواص مکانيکي و همچنين حساسيت جوش و منطقه جوش ، ساختار ميکروسکوپي و خواص مهندسي آن موضوع متالورژي جوشکاري است که در مباحث بعدي بررسي خواهد شد . به طور خلاصه هر روش جوشکاري با چهار عامل ضروري زير روبرو است و معمولا رده بندي روش ها بر مبناي اين چهار عامل انجام مي گيرد : 1- انرژي لازم 2- حذف و زدودن آلودگي ها از سطح جوش 3- محافظت سطح جوش در هنگام جوشکاري 4- خواص متالورژيکي جوش و کنترل هاي لازم ساده ترين روش جوشکاري که مي توان در نظر گرفت آنست که سطح قسمت هاي مورد جوش بسيار صاف و قابل تطبيق باشند به طوريکه بعد از قرار دادن اين دو سطح در خلا الکترونها بين اتمهاي مجاور دو سطح حالت اشتراکي داشته باشند . هر چند اين نوع اتصال در فضا نيز قابل اجراست اما در عمل آماده کردن آنچنان سطح يا خلا براي اتصال امکان پذير نيست .در عمل دو راه براي اتصال و رسيدن به تماس اتمي بين دو سطح وجود دارد : اول : از طريق فشار ، که دو سطح تحت فشار در حالت پلاستيکي تماس لازم را پيدا مي کنند .اين عمل گاهي هم با حرارت اوليه براي نرم کردن فلز همراه است . دوم : دو قطعه توسط پلي از فلز مذاب به همديگر متصل شوند . اين تفاوت پايه اوليه تقسيم بندي در روش هاي جوشکاري است که در دو گروه فرآيندهاي جوشکاري حالت جامد (Solid State Welding ) و گروه فرآيندهاي جوشکاري ذوبي يا حالت مايع تفکيک مي شوند . لحيم کاري سخت ( Brazing) و لحيم کاري نرم ( Soldering ) در بعضي منابع جزو فرآيندهاي جوشکاري محسوب نمي شوند . در لحيم کاري معمولا اتصال توسط پلي از مذاب فلز پرکننده با نقطه ذوب پائين تر از فلز اصلي ، برقرار مي شود و بر اساس خاصيت موئينگي انجام مي گيرد . جوش برنج ( Braze Welding ) يا زرجوش فرآيندي است در ميانه فرآيندهاي جوشکاري ذوبي و لحيم کاري . فرآيند اتصال از طريق نفوذ سطحي يا نفوذ زنجيره اي نوع خاصي از اتصال در حالت جامد است دو سطح در خلا حرارت داده و بهم ديگر فشرده مي شوند . در اين شرايط ديفوزيون ( نفوذ) در سطح مشترک به سهولت انجام مي گيرد . گاهي هم براي تسريع در عمل نفوذ ، از لايه نازک فلز واسطه اي که آسانتر در دو سطح مورد جوش نفوذ کند ، استفاده مي شود . همانطور که اشاره شد يکي از پايه هاي تقسيم بندي روش هاي جوشکاري نوع و نحوه انتقال انرژي به موضع مورد جوش مي باشد . حرارت لازم به وسيله يکي از طرق زير توليد مي شود : 1) مکانيکي ، که مي تواند در اثر ضربه يا مالش توليد شده و يا با تغيير فرم پلاستيکي و الاستيکي آزاد شود . 2) شيميائي – حرارتي ، واکنش هاي حرارت زا در شعله و يا قوس پلاسما ( در قوس پلاسما واکنش شيميائي انجام نمي شود اما نحوه انتقال حرارت شبيه سوختن گاز مي باشد و بدين علت گاهي شعله پلاسما هم ناميده مي شود ) 3) مقاومت الکتريکي ، حرارت در اين روش مي تواند مستقيماﹰ از طريق عبور جريان الکتريکي به فلزي که بايد جوش داده شود بوجود آيد و يا توسط جرياني که به داخل قطعه القا مي شود توليد گردد . 4) قوس الکتريکي ، عبور جريان يکنواخت يا متناوب مي تواند قوس الکتريکي بين الکترود و کار بوجود آورد . الکترود ممکن است ذوب شونده و يا ذوب نشدني باشد . 5) انرژي تشعشعي ، اين نوع انرژي شامل ليزر يا اشعه الکتروني و يا روش هاي مدرن ديگر است . با در نظر گرفتن توليد حرارت و نحوه محافظت محل جوش از اتمسفر و ساير نکات گفته شده ديگر ، مي توان هفت گروه زير را در فرآيندهاي جوشکاري مجزا نمود : 1) فرآيندهاي جوشکاري حالت جامد نظير : فرآيند جوشکاري اصطکاکي Friction Welding ، فرآيند جوشکاري پتکه اي Forge Welding ، فرآيند جوشکاري فشاري Pressure Welding . 2) فرآيندهاي جوشکاري شيميائي – حرارتي ، نظير : فرآيند جوشکاري با شعله يا گاز Gas Welding و فرآيند جوشکاري ترميت Thermit Welding . 3) فرآيندهاي جوشکاري مقاومتي ، نظير : فرآيند جوشکاري مقاومتي نقطه اي Spot Resistance Welding ، فرآيند جوشکاري مقاومتي نواري Seam Resistance Welding ، فرآيند جوشکاري جرقه اي Flash Welding . 4) فرآيندهاي جوشکاري قوس الکتريکي نپوشيده ، نظير : فرآيند جوشکاري قوس الکترود دستي Manual Metal – Arc Welding (MMAW) ، فرآيند جوشکاري الکترود مداوم Automatic Metal – Arc Welding . 5) فرآيندهاي جوشکاري قوس الکتريکي پوششي زير لايه سرباره ، نظير : فرآيند جوشکاري قوس مخفي ( زير پودري ) Submerged Welding . 6) فرآيندهاي جوشکاري قوس الکتريکي پوشيده شده با گاز ، نظير : فرآيند جوشکاري قوس الکترود تنگستن TIG ، فرآيند جوشکاري قوس – الکترود فلزي محفوظ در گاز MIG يا جوش CO2 . 7) فرآيندهاي جوشکاري با انرژي تشعشعي ، نظير : فرآيند جوشکاري با پرتو ليزر Laser Welding و فرآيند جوشکاري با پرتو الکتروني Electron Beam Welding . به طور کلي عمليات جوشکاري شامل مراحل زير است : الف ) نگهداشتن طول مناسب قوس الکتريکي يا شعله و متناسب رساندن الکترود يا مفتول براي ذوب و مخلوط شدن در جوش ب ) حرکت و هدايت نوک الکترود ، مفتول و يا مشعل در سرتاسر جوش ج ) انتقال و حاضر کردن قطعاتي که بايد بر روي آن جوشکاري شود . متالورژي جوشکاري : جوشکاري تلفيقي از علم و تجربه مي باشد که با تنوع روزافزون در مصارف آلياژي ، مسائل و مشکلات ناشي از آن نيز پيچيده تر و بيشتر است . اطلاع از دلايل وقوع اين مشکلات و عيوب و تدابير براي رفع و يا کاهش دادن آنها نياز به دانستن متالورژي فرآيندهاي جوشکاري دارد .

 

به طور کلي متالورژي شامل دو قسمت است : 1) فرآيندهاي احيا و استخراج فلزات از سنگ معدن ، تصفيه و تهيه آلياژهاي مختلف از آنها ، ريخته گري و شکل دادن فلزات براي توليد قطعات مختلف صنعتي و غير صنعتي . 2) متالورژي فيزيکي يعني شناسايي ساختمان فلزات و آلياژها و خواص آنها و ارتباط ترکيب شيميايي ، نحوه توليد ، ساختمان ميکروسکوپي و خواص آنها به يکديگر مي باشد . متالورژي جوشکاري ارتباط به هر دو قسمت متالورژي دارد ، به عنوان مثال در فرآيندهاي جوشکاري ذوبي که فلاکس يا سرباره ( شامل ترکيبات آهک ، سيليس ، فلراسپار ، آلومينا و غيره ) بر روي فلز جوش مذاب حضور دارد . واکنش ها و تعادل هاي سرباره و فلز مذاب شبيه فولادسازي است . فقط زمان واکنش کوتاه تر ، حجم مذاب و سرباره کم تر و درجه حرارت بالاتر مي باشد . همچنين در اغلب پوشش الکترودها ترکيبات آلياژي نظير فرومنگنز و فروسيليسيم وجود دارد که ضمن عمليات جوشکاري قسمتي وارد مذاب فلز جوش شده و آلياژ مورد نظر را بوجود مي آورد و قسمت ديگر صرف اکسيژن زدايي مذاب مي گردد که تا حدودي به عمليات تصفيه و آلياژسازي شباهت دارد . مثال ديگر نحوه انجماد و رشد کريستال هاي جامد و تغيير فازها ضمن سرد شدن در حوضچه جوش و منطقه مجاور آن مي باشد که شباهت بزديکي با آنچه در ريخته گري فولاد يا قطعات ديگر اتفاق مي افتد دارد ، با اين تفاوت که حجم مذاب کم و سرعت سرد شدن سريع تر بوده و انجماد از ديواره هاي قالب ( ماسه ، گچ و مواد ديگر ....) انجام نمي گيرد بلکه از روي کريستال هاي جامد فلز قطعه کار شروع مي شود . تاثير عناصر آلياژي و نحوه سرد شدن يا عمليات حرارتي پس از انجماد بر روي ساختمان ميکروسکوپي و خواص مکانيکي فلز جوش با آنچه که در متالورژي فيزيکي و مکانيکي بحث مي شود تفاوت چنداني ندارد . واضح است در جوشکاري فلزات و آلياژهاي آنها علاوه بر انتخاب صحيح فرآيند جوشکاري و طرح مناسب ، بايد شناخت کامل از مسائل متالورژيکي مربوط داشت تا بتوان الکترود و فلاکس مناسب را انتخاب کرده و شرايط عمليات جوشکاري ، سرد شدن و احتمالا عمليات حرارتي پس از جوشکاري را به طريقي پيش بيني نمود تا جوش حاصله پاسخگوي نياز و کاربرد قطعه باشد .

[anjello 2,427]

ادامه محافظت حوضچه جوش : بيشتر فلزات تمايل به ترکيب با اکسيژن و يا اکسيده شدن دارند که اين تمايل با بالا رفتن درجه حرارت به ويژه در حالت مذاب افزايش مي يابد . نرخ ايجاد اکسيد در فلزات مختلف متفاوت است . در فرآيندهاي جوشکاري مخصوصا روش هاي ذوبي منطقه فلز جوش مذاب بايد از تماس با اتمسفر دور نگه داشته شود ، چون اکسيده شدن مذاب و تشکيل لايه هاي اکسيد مشکلاتي را بوجود مي آورد که مهمترين آنها عبارتند از : 1) اکسيدها ضعيف ، ترد و شکننده هستند و محبوس شدن ذرات اکسيد در داخل فلز جوش باعث کاهش خواص مکانيکي از جمله استحکام کششي ، استحکام ضربه اي و خواص خوردگي مي شود . 2) در بعضي موارد لايه اکسيد مي تواند مانع عمليات اتصال دو قطعه گردد ( اکسيد آلومينيوم در جوشکاري آلومينيوم ) . اکسيده شدن منطقه مجاور مذاب بر روي قطعه کار نيز در بعضي موارد موجب پوسته پوسته شدن آن مي گردد که اغلب نا خواسته مي باشد . البته نبايد تاثير ازت را در تماس با مذاب ناديده انگاشت . ترکيب نيتريد ( محصول واکنش ازت با مذاب فلز ) محبوس شده در فلز جوش اکثرا نيز باعث تردي و کاهش خواص مکانيکي مي شود . از طرف ديگر نيتروژن حل شده در درجه حرارت هاي بالاي نقطه ذوب ضمن سرد شدن و انجماد مي تواند به صورت مولکولي تکامل يافته و اگر حباب هاي آن در مذاب محبوس شود ايجاد خلل و فرج يا تخلخل و مک Porosity در جوش مي کند . تدابير مختلفي در روش هاي جوشکاري پيش بيني شده است تا عمل محافظت نوک الکترود ، قطرات مذاب در حال انتقال از الکترود به حوضچه جوش و حوضچه جوش را از اتمسفر محافظت کند .سرباره يا فلاکس ( به صورت جداگانه يا پوشش يا هسته الکترود ) کنترل اتمسفر به کمک گازهاي خنثي ، کم اثر و احيائي و مواد اکسيژن زدا و تکنيک هاي خاص ديگر . در اين رابطه مسائل متالورژيکي زيادي پيش مي آيد که در اين جا به دو مورد مهم آن اشاره مي شود : 1) واکنش فلز – مذاب Gas – Metal reaction : در فرآيندهاي جوشکاري قوس الکتريکي با محافظت گاز نظير TIG و MIG يا جوشکاري با شعله ( اکسي استيلن يا جوش کاربيد ) فلز مذاب در نوک الکترود يا در حين انتقال و يا در حوضچه جوش در تماس با گاز و يا گازهايي است . حتي در جوشکاري هاي قوس الکتريکي با محافظت سرباره نيز نوک الکترود و قطرات مذاب در حين انتقال در تماس با فضاي گازي در ستون قوس قرار دارد .جذب گاز از قوس يا شعله و يا واکنش ها و محصولات حاصل از آنها با فلز مذاب يا با گازهاي ديگر نکته قابل توجهي مي باشد . البته اين موضوع در روش هاي قوس الکتريکي که درجه حرارت فلز و گاز بالا بوده و حلاليت گاز در مذاب زياد مي باشد اهميت بيشتري پيدا کرده است . واکنش هاي گاز – فلز ممکن است به دو صورت فيزيکي – شيميائي ( حرارت گير ) و شيميائي ( حرارت زا ) انجام شود . واکنش هاي حرارت زا خود مي تواند به سه دسته تقسيم شوند : آنهايي که محصول واکنش داراي حلاليت خوب هستند ، آنهايي که حلاليت متوسط در مذاب دارند و آنهايي که محصول واکنش غير محلول است . واکنش هاي فيزيکي حل شدني ممانعتي براي ايجاد حوضچه جوش نمي کنند ، اما معمولا باعث تردي و کاهش خواص مکانيکي اتصال مي شوند ، نظير حل شدن هيدروژن در بعضي فلزات نظير آلومينيوم ، آهن، روي ، نيکل ، موليبدن و غيره . از طرف ديگر فوق اشباع شدن حوضچه جوش با گازهاي خاص يا واکنش بين دو گاز سبب خلل و فرج پس از انجماد مي شود . در واکنش هاي ترکيب شيميائي يا حرارت زا آنهايي که محصول واکنش داراي حلاليت خوب يا متوسط هستند معمولا توليد سرباره يا پوسته هاي مختصري بر روي مذاب مي نمايند و تاثيرات کم فيزيکي در طول جوشکاري دارند . اما آندسته که محصول واکنش غير محلول هستند به صورت پوسته جامد بر روي مذاب جوش قرار مي گيرند که مي تواند مانع از انجام عمليات جوشکاري و اتصال شود . مثال اين نوع واکنش اثر اکسيژن با آلومينيوم و توليد اکسيد آلومينيوم با نقطه ذوب بالا است . در اين موارد بايد از طريق جلوگيري از نفوذ گاز به مذاب و يا حضور بعضي ترکيبات روانساز ( تبديل اکسيد به فرمولي با نقطه ذوب پايين تر ) اين پوسته را حل کرد . در فرآيند TIG با تغيير قطب ( الکترود مثبت ) مي توان اين پوسته جامد را شکسته و به اطراف منحرف کرد . در بعضي حالت ها محبوس شدن ذرات محصول اکسيداسيون در فلز جوش (inclusion ) نيز سبب کاهش خواص مکانيکي به ويژه استحکام ضربه اي و خواص خوردگي مي شوند . مکانيسم واکنش هاي گاز – فلز مذاب در جوشکاري شامل مراحل زير است : الف ) جذب absorbtion ب) واکنش reaction ج ) تکامل evolution و هر مرحله تابع قوانين ترموديناميکي خاص خود مي باشد . 2) واکنش هاي سرباره – فلز مذاب Slag – metal reaction : شرايط اين واکنش ها تا حدودي با آنچه در ذوب فلزات وجود دارد متفاوت است و اين به علت درجه حرارت بالاتر و زمان واکنش کوتاهتر در فرآيندهاي جوشکاري است . به همين علت تحقيقات پيشرفت زيادي در درک واکنش ها نشان نداده است و اغلب با ادامه دادن منحني هاي ترموديناميکي حاصل از واکنش ها در فولادسازي تا درجه حرارت هاي بالاتر و از طريق تئوريکي پيش بيني و تحليل هايي انجام مي شود . اين نکته لازم به تذکر است که در طول جوشکاري سه مرحله براي واکنش سرباره و مذاب وجود دارد که بر روي ترکيب شيميائي نهايي جوش تاثير مي گذارد : مرحله اول ) زمان توقف قطره مذاب بر روي نوک الکترود ، که در تماس با گاز ها و سرباره در درجه حرارت بالا مي باشد . مرحله دوم ) پريود عبور قطرات از ستون قوس ، زمان آن کوتاه ولي درجه حرارت بالاي 2000 درجه سانتيگراد مي باشد . مرحله سوم ) مرحله تماس مذاب فلز جوش و سرباره در حوضچه جو ش تا لحظه انجماد ،که زمان آن نسبتا طولاني و سطح تماس بيشتر اما درجه حرارت پايين تر از دو مرحله قبل است . مراحل اول و دوم و به ويژه مرحله اول از نظر واکنش ها مهمترين مي باشند ، اما آلودگي و ورود بعضي عناصر و اکسيدها به مذاب بيشتر در مرحله سوم انجام مي گيرد . با توجه به نکات بالا ، حالت هاي مختلف انتقال فلز از الکترود به مذاب ( انتقال ثقلي ، پرواز آزاد و ايجاد پل يا مداربسته ) بر روي زمان تماس سرباره و مذاب تاثير گذاشته و در نتيجه نوع واکنش شيميايي سرباره و مذاب را مي تواند تحت تاثير قرار دهد . به عنوان مثال در شدت جريان بالا قطرات کوچک با فرکانس و سرعت زياد از الکترود جدا شده و در قوسي که درجه حرارت بالايي دارد عبور مي کند . اما در شدت جريان هاي کم قطرات درشت تر شده و در بعضي مواقع حتي احتمال تماس آنها با اتمسفر وجود دارد و عمل محافظت سرباره به طور ناقص انجام مي گيرد و از طرف ديگر زمان واکنش زياد مي گردد . با فرض اينکه حالت تعادلي بين ترکيبات و عناصر در سرباره و مذاب وجود داشته باشد مي توان بعضي روابط تعادلي مفيد بين پتانسيل شيميايي يا اکتيويته عناصر و ترکيبات متشکله آنها در سه فاز ( سرباره – گاز – فلز ) نوشت . بنابر روابط موجود در منابع ، اکسيدهايي نظير MnO و SiO2 و FeO هستند که مي توانند نقش مهمي در واکنش هاي سرباره مذاب داشته باشند . به بيان ديگر درصد SiO2 در سرباره مي تواند بر روي درصد اکسيژن در مذاب جوش تاثير مستقيم داشته باشد . همچنين درصد SiO2 و MnO در سرباره درصد عناصر Si و Mn در مذاب را مي تواند تحت الشعاع قرار دهد . به عنوان مثال اگر در روش جوشکاري زير پودري (SAW ) دو نمونه جوش در شرايط کاملا يکسان ( از نظر پارامترهاي جوشکاري ، فلز و الکترود ) با دو نوع سرباره يا پودر ( فلاکس اسيدي با درصد بالاي SiO2 و MnO و فلاکس دوم بازي با درصد بالاي CaO و MgO ) انجام شود ، سپس آناليز شيميائي جوش مطالعه شود ، به طور واضح ملاحظه خواهد شد که درصد اکسيژن و Si و Mn در جوش با فلاکس اولي (اسيدي ) بيشتر از با سرباره بازي است . مشخص است که افزايش درصد اکسيژن در مذاب منجر به ازدياد ذرات اکسيدي (آخال) (Inclusion ) در جوش شده و خواص مکانيکي را به ويژه استحکام ضربه اي کاهش مي دهد . نکته ديگر در سرعت واکنش و نرخ بالا آمدن و جدايش ذرات اکسيدي و يا به طور کلي محصول واکنش هاي سرباره – فلز مذاب است ، چون سرعت جدايش و بالا آمدن ذرات به اندازه آنها ، جنس و شرايط مذاب بستگي داشته و در همه شرايط و براي انواع اکسيدها يا ترکيبات ديگر يکسان نيست . در اين واکنش ها تغييرات درصد عناصر در بعضي موارد که در حد بحراني آن عنصر باشد حائز اهميت است و مي تواند بر روي خواص مکانيکي جوش تاثير شديد بگذارد . به عنوان مثال غالبا تغييرات مقدار درصد منگنز در فلز جوش از فولاد کم کربن تا 8/1 – 5/1 درصد تاثير چنداني بر روي استحکام ضربه اي ندارد اما بعد از اين حد با افزايش درصد منگنز به طور سريع نرمي ( Ductility ) و استحکام ضربه اي کاهش مي يابد ، و کربن در فلز جوش نيز همين مشخصه را دارد .