تحقیق مقاله جوش

-1  تماس فلزات                                                        Metal Contact

جوشکاری فشاری بطور کلی یک عمل پیوند زنی متالوژیکی است که در آن ، فلزات جوشکاری تحت فشار زیاد به هم جوش می خورند . در برخی فرآیندهای جوش فشاری مانند جوشکاری مقاومتی فلزاتی را که باید به هم پیوند بخورند ، تا یک درجه حرارت بالا گرم می کنند ، در صورتی که در سایر فرایندها مانند جوشکاری فشاری سرد ، عمل جوشکاری در درجه حرارت اتاق انجام می گیرد . در پروسه های جوشکاری در دمای پایین یا دمای بالا وجود یک اتصال فلزی خوب برای ایجاد جوش سالم ، ضروریست . به همین منظور ، سطح مورد جوش بایستی عاری از هرگونه کثافت ، روغن ، چربی، رنگ، پوشش ها ، و سایر مواد خارجی باشد . این مواد ممکن است شامل گوگرد ، سرب ، فسفر و سایر عناصری که تولید شکنندگی می کنند باشد .

روشهایی که برای تمیزکاری سطح به کار می روند عبارتند از چربی گیری بخاری ، تمیزکاری فراصوت ، چربی گیری در حمام مواد سوز آور و ...

 ·    2-2-1 تمیزکاری و آماده سازی سطحSurface cleaning & Prepartion

·    الف- گریس زدایی ( چربی گیری ) :                       

ین پروسه معمولاً بوسیله ی سود سوزآور ( گرم یا سرد ) فسفاتها و محلولهای پاک کننده انجام می شود . روغن زدایی می تواند به روش حلالی صورت گیرد که این حلالها می تواند فرئون ، تری کلرورتیلن و هیدروکربنهای مختلف مانند پنتا و کروزن ، باشد .

در سیستمهای جدیدتر فراصوت ، جریان فرکانس بالا باعث انفجار داخلی حبابهای اطراف قطعه می شود . فشردگی حبابهای منفجر شده که به خلأ زائی معروف است فشارهایی تا حدود 20000 پوند بر اینچ مربع ایجاد کرده و لکه ها و ناخالصیهای سطحی را از بین می برد .

 §  ب ) پوسته گیری :                                                       Descaling:

عبارتست از رفع لایه اکسیدی ضخیم و سایر محصولات خوردگی از سطح فلز توسط سایش مکانیکی یا شیمیایی ( اسید شویی ) . وقتی فلزی را در اسید می گذارند ، برای حذف اثر H آزاد شده ، از Inhibitors یا منع شده ها استفاده می شود و یا آنرا تا F 0 2000 حرارت می دهند تا H نفوذی از فلز آزاد شود ( در صورت امکان ) برای جلوگیری از اکسیداسیون پس از عمل پوسته گیری ، آنرا سریعاً خشک و ضد اکسیداسیون می کنند ( مثلاً فولاد را در محلول رقیق اکسید کرومیک فسفریک (نسبت 4-6 اسیدکرومیک فسفریک در 100 گالن آب ) قرار می دهند .)

روشهای مکانیکی سایش سطح عبارتند از : ساینده یا شن پاشی ، ساچمه زنی ، سنگ کاری، پرداخت کاری ، و تمیزکاری توسط شعله که البته از روش اسید شویی خشن تر است . ساچمه زنی در جوشکاری یک عمل جرم زدای مهم محسوب شده و طی آن لایه های سطحی در معرض تنشهای سطحی با فشار مناسب قرار می گیرند و باعث افزایش مقاومت خستگی شده احتمال شکنندگی براثر تنشهای کششی موجود در سطح را کم می کنند .

به علاوه در حین پروسه ی پوسته گیری ، مساحت سطح قطعه بدلیل اثر متقابل برجستگی ها و فرورفتگیها (Peales x Valleys ) افزایش می یابد و به سطح حقیقی نزدیک می شود . مثلاً سطوح خشن شده توسط دانه های کربورسیلیسم 400 مش تا دانه فولادی 60 مش ، حداقل 20 برابر افزایش سطح دارند و قطعات آلومینیمی نیز به سبب ساختمان متخلخل پوشش آندی ، 20 برابر افزایش سطح دارند .

 §  ج) پلیسه گیری :                                                               Deburring:

متدیست که برای رفع تبخیرآنی (Flash )، ناصافیها (Burrs ) لبه های تیز و خراشیدگیها روی قطعات فلزی استفاده می شود و شامل پرداختکاری شبکه ای ( Barrel tumbling ) جلاکاری ارتعاشی (Vibratory Finshing ) و پلیسه گیری برقی (Electrodeburring ) است . نهایتاً وجود پوسته ی اسیدی می تواند سدی در برابر جوشکاری ( فشاری یا ذوبی ) باشد . چون نقطه ی ذوب لایه ی اکسیدی عموماً از فلز پایه بیشتر است و لذا حتماً بایستی ابتدا تمیزکاری سطح انجام شود . همچنین می توان علاوه بر روشهای فوق با تراشکاری نیز می توان پوسته ی اکسیدی را زدود .

 · 3-2-1  فشار پیوند خوردن :                              Bonding Pressure:

در جوشکاری فشاری سرد ، بهم پیوستگی فلزات جوشکاری بدون وجود فشار و حرارت خارجی صورت می گیرد . سطوح بایستی قبلاً تمیز شده باشند . پس قطعات را در تماس با هم قرار داده و برای 30 تا 80 % ایجاد سرد کاری ، به اندازه ی کافی فشار اعمال می کنند . این فشار مثلاً برای آلو مینیم 25 تا Psi 35000 می باشد که یا ضربه ایست و یا پیوسته ( یکسان تأثیر دارند . )

فشار بر روی یک نوار با یک فلزی وارد می شود . طوریکه فلز در منطقه ی جوش ، روان شود و لایه های گاز رطوبت و اکسید گسیخته شده و فلزات به اندازه ی کافی به هم نزدیک و جوش بخورند . فلزاتی که به نحو احسن می توانند جوشکاری سرد شوند عبارتند از : مس ، آلومینیوم ، سرب ، نیکل و روی و مونل . استحکام جوش های فشاری سرد در فلزات چکشخوار ، 90 تا 100 % استحکام فلز اصلیست . یکی از مهمترین مزایای جوشکاری سرد ، سادگی ابزار مورد نیاز ، سرعت که می تواند مؤثر باشد ، و عدم ایجاد منطقه ی حرارت دیده ( HAZ ) می باشد .

در فرایندهای جوش فشاری در حرارت زیاد ، بویژه متدهای جوش مقاومتی ماند و اصطکاکی حرارت بوسیله ی مقاومت الکتریکی فلز پایه یا اصطکاک مالشی بدست می آید .

هم جوشی در منطقه ی جوش از طریق حرارت و فشار ایجاد می شود . در اکثر موارد بی آنکه قطعه ذوب شود ، جوش انجام می شود و عمل آهنگری موجب ریزتر شدن ساختمان دانه ای می گردند . فشار لازم برای جوشکاری مقاومتی ( برش الکتریکی ) از Psi 4000 تا psi 8000 می باشد . هرچند ممکن است برای جوش جرقه ای نیروی Psi 25000 لازم باشد . فشارکم بین الکترود و قطعه کار ، مقاومت زیادی ایجاد و موجب سوختگی سطحی و ایجاد حفره در الکترود می کند . از سوی دیگر فشار بیشتر از حد نیز موجب فوران فلز مذاب از سطح کار و یا نفوذ الکترود در قطعه کار می شود . بهترین حالت وقتی است که قبل و در خلال مراحل اولیه ی جوشکاری و به منظور دستیابی به مقاومت مناسب پیوند متوسطی اعمال شود و سپس فشار جوشکاری اضافه شود تا به درجه حرارت مناسب برای جوشکاری دست یابیم . برای جوشکاری یک میله فولاد کربنی به قطر"1 ، فشار محوری Psi 1500 و سرعت rpm 1500 لازم است . در صورتیکه میله ی فولادی ضد زنگ در همان شرایط ، در rpm 3000 به Psi 1200 فشار نیاز دارد .

 · 4-2-1 دمای پیوند زنی :                        Bonding Temperature:  

در جوشکاری فشاری ، این درجه حرارت می تواند بیش از حرارت تبلور مجدد ( مثل جوش با مقاومت الکتریکی ) یا برابر یا پائینتر از آن باشد ( مثل جوشکاری شکافی سرد یا جوش لب به لب یا لبه ای ) دماهای عملیات پیوندزنی مانند جوشکاری اصطکاکی و جوشکاری انفجاری ، معمولاً یک دوم تا دو سوم دمای ذوب فلزات پیوندی هستند . در جوشکاری فراصوتی این دماها ممکن است 35 تا 50 % دمای ذوب باشند . ازدیاد درجه حرارت حرکت نفوذی اتمها را در فصل مشترک پیوند تسریع و با نرم کردن فلز پیوند بهتری می سازند .

 · 5-2-1 استحکام پیوند فلزی :                    Metal Bond Strength:

در جوشکاری فشاری ، هیچ گونه منطقه ی ذوب معمولی جوش ( مانند جوشهای الکترودی و گرمائی ) وجود ندارند . زیرا معمولاً فاز مایعی در آن یافت نمی شود . با این وجود ، ماده در منطقه ی جوش ممکن است تغییراتی داشته باشد . خصوصیات ساختمان میکروسکوپی جوشهای فشاری عبارتند از :

1- اثرات سطح مشترکی ( بین رویه ای ) مانند شکستگی و پراکندگی لایه های سطحی .

2- اثرات حین کارکردن مانند جریان پلاستیکی ، تغییر شکل دانه ها و اکستروژن لبه ای .

3- اثرات لبه ای مانند تبلور مجدد ، رسوب ، نفوذ و دگرگونی فازی .

 §        1-2  جوشکاری حالت جامد :

اخیراً ثابت شده است که فلزات در دمای اتاق هم قابل اتصالند . این عمل توسط ایجاد پیوندهای فلزی در دو سطح مورد اتصال ، انجام می گیرد . بطور ایده آل ، تشکیل اتصال فلزی بوسیله ی جوشکاری سرد ، و یا پیوند ( Bonding ) بطریق زیر متصور است :

دو قطعه ی بسیار صیقلی و تمیز در اختیار است . هرکدام از ایندو، مجموعه ای از بارهای (+) و (-) می باشد به گونه ای که هر قطعه بدون عیب و با استحکام کافی دارای پایداری است . اگر دو قطعه کاملاً نزدیک هم قرار گرفته و به هم بچسبند ، الکترونهای فرار از هر قطعه ، بین آندو مشترک می شود و در نتیجه نیروی عکس العمل بین سطوح زیاد می گردد . بنابراین وقتی دو سطح تماس کامل داشته باشند ، نیروهای عکس العملی بین اتمها ، خودبه خود زیاد شده و یک اتصال محکم و قدرتمند بوجود می آید .

ولی در عمل ، یک فلز هرگز صیقل کامل نمی خورد و همواره اعجاج ماکروسکوپی در سطح دارد.

[  ultra Mic or Macroscopic] و همین ناهمواریها ، مساحت واقعی تماس را چند برابر مقدار واقعی می کند .

بدلیل وجود نقاط ناهموار میکروسکوپی ، لایه های سطحی فلز دارای انرژی سطحی قابل ملاحظه ای در اثر پیوندهای فلزی اشباع نشده ، جاهای خالی و نیز نابجائی ها Vacancies & Dislocations می باشد . بنابراین عکس العمل های شدیدی بین انتهای سطح فلز و محیط ایجاد می شوند .