تحقیق مقاله جوشکاری

تاریخچه جوشکاری   

احتیاجات بشر ، اتصال و جوش را در همه موارد خواستار بوده است ، مثلاً از رومی‌های قدیم ، فردی به نام"پلینی"  از لحیم به نام آرژانتاریم و ترناریم استفاده می‌کرد که دارای مقداری مساوی قلع  و سرب  بود و ترنایم دارای دو قسمت سرب و یک قسمت قلع بود که هنوز هم با پرکنندگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دقت و ترکیبات شیمیایی و دستگاههای متداول طلاسازی از  قدیم‌الایام در جواهرات  با چسباندن ذرات ریز طلا بر روی سطح آن با استفاده از مخلوط نمک و مس و صمغ آلی که با حرارت ، صمغ  را کربونیزه نموده ، نمک مس را به مس احیاء می‌کنند و با درست کردن آلیاژ طلا ، ذرات ریز طلا را جوش می‌دهند و تاریخچه ای به شرح زیر دارند:

·         "برناندوز"  روسی در 1886 ، قوس جوشکاری را مورد استفاده قرار داد.

·         "موسیان"  در 1881 قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.

·         "اسلاویانوف"  الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری بکار گرفت.

·         "ژول" در 1856 به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد.

·         "لوشاتلیه" در 1895 لوله اکسی‌استیلن را کشف و معرفی کرد.

·         "الیهو تامسون"  آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال 7-1876 استفاده کرد.   

چون علم جوشکاری همراه با گنج تخصصی بود ، یعنی هر جوشکار ماهر در طی تاریخ درآمد زیادی داشت  ، سبب شد که اسرار خود را از یکدیگر مخفی نمایند  . مثلاً هنوز هم در مورد لحیم آلومینیوم و آلیاژ ، آن را  از یکدیگر مخفی نگه می‌دارند . در جریان جنگهای جهانی اول و دوم جوشکاری پیشرفت زیادی کرد .

احتیاجات بشر به اتصالات مدرن ، سبک ، محکم  و مقاوم در سالهای اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر ، سبب توسعه سریع این  فن گردید و سرمایه‌گذاری ‌های عظیم چه  از طرف دولتها  و چه صنایع نظامی و تخصصی در این مورد اعمال گردید و مخصوصاً رقابت‌های انسانها در علوم هسته‌ای ( که فقط برای صلح باید باشد ) ، یکی دیگر از علل پیشرفت فوق سریع این فن در چند ده سال اخیر شد که به علم جوشکاری تبدیل گردید.

    جوشکاری  SMAW

  این عبارت مخفف Stick Metal Arc Welding   میباشد . این روش جوشکاری که معمول ترین و شایع ترین  نوع جوشکاری در ایران می باشد ، توسط  الکترود کوتاه و روپوش دار انجام می شود که به آن الکترود قلمی یا قدی یا شاخه ای گفته میشود  .  طول این گونه الکترود ها عموما 15 الی 45 سانتیمتر بوده اما جهت مصارف خاص طولهای بلند تر نیز تولید میگردد . قطر الکترود نیز تابع نیاز مصرف است ، که از 5/1 میلیمتر تا 6 میلیمتر مصرف عمومی دارد و گاهاً برای مصارف خاص قطرهای دیگری نیز تولید میشود . این الکترودها از دو قسمت متمایز تشکیل میشوند . یکی مغزی الکترود که از نوعی فلز به شکل ROD است و دوم پوشش الکترود که مخلوطی از مواد شیمیایی  و معدنی است .

 روش جوشکاری در این نوع سیستم اکثرا دستی ( Manual ) است و گاهی نیز سیستم را تا حدی ماشینی میکنند و به دلیل اینکه الکترود مداوم میبایستی تعویض گردد ماشینی کردن این سیستم بطور کامل عملی نخواهد بود . در این نوع سیستم جوشکاری ، الکترود ( بسته به نوع آن و نیز نوع دستگاه جوش مورد مصرف و جنس فلز پایه ) ، به یکی از قطبهای مثبت  و یا منفی دستگاه جوش وصل شده و قطب دیگر نیز به قطعه وصل می شود و قوس الکتریکی میان الکترود و قطعه کار توسط مالش الکترود به قطعه کار ایجاد گشته ، عمل جوشکاری انجام می گردد .  

 جوشکاری TIG

جوشکاری TIG مخفف Tungsten Inert Gas است .

 این روش به ( Gas Tungsten Arc Welding ) GTAWنیز مشهور میباشد . درکشورهای آلمانی زبان ، بجای کلمه تنگستن از کلمه ولفرام Wolfram استفاده میشود و لذا جوش را WIG می نامند .

در این روش جوشکاری یک قطب جریان ، به قطعه کار وصل گردیده و قطب دیگر جریان به یک الکترود مصرف نشدنی که همان تنگستن است ، متصل میباشد . تنگستن یا ولفرام یک فلز سخت با دمای ذوب حدود 3800 درجه سانتیگراد میباشد . لذا الکترود تنگستن بسیار دیر ذوب میگردد .

قوس الکتریکی مابین الکترود تنگستن و قطعه کار برقرار میشود و فضای قوس و الکترود سرخ شده و حوضچه مذاب فلز پایه ، بوسیله Inert Gas یا گاز خنثی در مقابل عوامل اتمسفریک خصوصا ترکیب با اکسیژن محافظت میشوند . چرا که گاز خنثی با هیچیک از عناصر میل ترکیبی ندارد و به محض جاری شدن ، اکسیژن و هوای موجود در منطقه جوش را به کنار می راند . چون این گاز از اطراف الکترود تنگستن و از داخل تورچ عبور میکند ، تا حدی نیز در خنک کردن تنگستن  و تورچ موثر است .

گاز خنثی اکثرا آرگون است ولی گازهای هلیوم و نیتروژن نیز در بعضی موارد بسته به نوع کار مورد مصرف قرار میگیرند . در صورت نیاز به فلز پرکننده و یا Filer metal میتوان سیم یاWire   Soildفلزی را توسط دست و یا ماشین به حوضچه مذاب هدایت کرد بدون اینکه جریان برق از سیم عبور کند . در صورتیکهSolid Wire  در طولهای کوتاه و مستقیم ، مثلا یک متری بریده شود به آن Filer Rod گفته میشودکه معمولا در جوشکاریهای  Manualیا دستی با سیستم TIG یا اکسی استیلن استفاده گردیده و یا بعنوان مغزی کاربرد دارد .  این روش جوشکاری به شکل دستی ، ماشینی و یا اتوماتیک قابل اجرا است .

        جوشکاری MIG

این عبارت مخفف Gas Metal Inert  است .

 این روش بهGMAW (Gas Metal Arc Welding ) نیز شهرت دارد . در این روش جوشکاری یک قطب جریان به قطعه کار وصل گردیده و قطب دیگر یک سیم ذوب شونده است که آلیاژی نزدیک به آلیاژ فلز پایه دارد .  Solid Wire یا سیم جوش فلزی توپر است که به شکل ممتد و بدون پوشش پودری تولید میشود . این نوع سیم جوش به شکل قرقره ، کویل ،Reel  و یا Drum ، بسته بندی شده و در سیستمهای جوشکاریMIG  ، MAG ، SAW و نیز در برخی موارد در جوشکاری ماشینی ، بصورتTIG  و پلاسما مورد استفاده قرار میگیرد . در تولید بسیاری از این سیم جوشها ، از پوشش مس جهت هدایت بهتر جریان الکتریسته و نیز جلوگیری از زنگ زدگی سریع استفاده میگردد .

 این نوع جوشکاری بصورت دستی( Manual ) ، نیمه اتوماتیک ، ماشینی و اتوماتیک انجام میشود . حرکت سیم الکترود بطرف قطعه کار و حوضچه جوش توسط دستگاه وایر فیدر انجام میشود که سیم را با سرعت مشخص توسط دو قرقره یا چهار قرقره بطرف حوضچه جوش و قطعه کار هدایت میکند .

کلمه Metal در نام MIG به دلیل وجود این سیم ذوب شونده بوده که در واقع الکترود جوش محسوب میگردد . Inert Gas یا گاز خنثی و غیر فعال ، نقش حفاظت از حوضچه و قوس را همانند جوشTIG به عهده دارد . در این روش جوشکاری گاهی اوقات نیز از ترکیب گازهای خنثی با گازهای CO2 و O2 ( با درصد کم ) جهت جوشکاری استفاده میشود.

      جوشکاری MAG

این عبارت مخفف Metal Active Gasاست . MAG دقیقا همان دستگاه و همان روش قبلیMIG  است ، با این تفاوت که بجایInert Gas یا گاز خنثی ازActive Gas  یا گاز فعال استفاده شده است و لذا به نام MAG تبدیل شده است . گاز فعال گازی است که در واکنش حوضچه مذاب شرکت خواهد کرد . گاز جوشکاریMAG همان گاز CO2 است که غالبا جهت جوشکاری فولاد ساده یا کم آلیاژ مورد استفاده     قرار میگیرد .

گازCO2  در قوس الکتریکی به گازهایCO  وO2 تجزیه شده که گازCO گاز خنثی و بی اثر بوده و نقش حفاظت از حوضچه جوش را به عهده میگیرد وO2  با عناصر اکسید شونده قو ی مانندMn  وSi که در سیم جوش پایه قرار دارند ترکیب شده و بصورت سرباره ای بسیار نازک روی سطح جوش قرار میگیرد .

در صنایع جوشکاری فعلی در سطح جهان ، ترکیب گازهای خنثی و فعال بیشتر مورد استفاده واقع میشود .یکی از دیگر خواص گاز CO2 آن است که در مسیر حرکت خود شدیدا حرارت را جذب نمود ه و محیط را سرد مینماید . لذا گان و یا تورچ در جوشکاری MAG حتی تا 400 آمپر به شکل سیستم خنک کننده با هوا مورد استفاده قرار میگیرد .

     جوشکاری PAW

این عبارت مخفف Plasma Arc Welding  است که در زبان فارسی جوشکاری پلاسما نامیده می شود . این روش بسیار شبیه به جوشکاری TIG است  و در واقع نوع خاصی از جوشTIG میباشد . اگر در جوش TIG گاز یونیزه شده داخل قوس الکتریکی را که همان پلاسما نامیده میشود بصورت متمرکز شده استفاده کنیم  ،  جوش  TIG به جوش پلاسما تبدیل خواهد شد . در این روش توسط یک نازل جوشکاری مخصوص پلاسما ، که میتوان آنرا به یک عدسی تشبیه نمود ، گازهای یونیزه شده را از داخل یک سوراخ و یا نازل بنحوی عبور داده که تمرکز انرژی بسیار بالا رود . درست همانطور که یک عدسی نورهای پراکنده را در کانون خود متراکم میسازد .

لذا دستگاه های جوش TIG قابل استفاده در جوشکاری پلاسما هستند و صرفاً به یک کنسول مخصوص جهت تنظیم گاز و یک تورچ مخصوص پلاسما ، نیازمند میباشند .

جوش پلاسما بر روی ورقهای بسیار نازک  و نیز ورقهای بسیار ضخیم حتی تا یک اینچ و بدون پخ زدن     لبه ها ، خصوصا درجوشکاری آلومینیم کاربردهای فراوانی دارد .