تحقیق مقاله روش های مختلف جوشکاری با برق

جوشکاری با برق مستقیم

روش های مختلف جوشکاری:

به طور کلی در دو طریقه جوشکاری ، برق منبع اصلی انرژی تلقی میشود ، یکی جوشکاری با قوس الکتریکی و دیگری جوش مقاومتی و یا نقطه جوش .

جوشکاری با قوس الکتریکی بر این اساس پایه گذاری شده است که وقتی جریان الکتریسیته از شکاف موجود بین دو قطب مثبت و منفی عبور می کند فضای گازی شکل ما بین آن دو را گرم کرده و گرمای بسیار زیاد و متمرکزی را ایجاد می نماید .

دمای جرقه ایجاد شده بین دو قطب مزبور در محل قوس الکتریکی بین 6500 تا 7000 درجه سانتی گراد است . از این خاصیت قوس الکتریکی در موارد زیر استفاده میشود :

1- جوشکاری با قوس الکتریکی به وسیله الکترودهای زغالی

2- جوشکاری با قوس الکتریکی به وسیله الکترودهای فلزی

3- جوشکاری با قوس الکتریکی به کمک گاز اضافی

4- جوشکاری با قوس الکتریکی بروش Atomic Hudrogen

5- جوشکاری با قوس الکتریکی به کمک گاز خنثی و تنگستن

آنچه که در این فصل مورد بحث قرار می گیرد جوشکاری به کمک برق مستقیم است که اختصا را جوشکاری DC نامیده میشود .

مبانی جوشکاری با برق :

انجمن آمریکائی جوشکاری ، جوشکاری با قوس الکتریکی را به شرح زیر تعریف می کند:

جوشکاری پدیده یا تحولی و با استفاده از فشار و فلرات پرکننده و یا حتی بدون استفاده از آنها باعث پیوسته شدن و دره آمیخته شدن قطعات مختلف میشود .

در جوشکاری یا ز ما بین قطعه جوش دادنی و الکترود فلزی ، قوس الکتریکی برقرار میکنند. در این روش الکترود فلزی را در یک گیره مخصوص قرار داده و فلز جوش دادنی را طوری در مدار الکتریکی قرار می دهند که با نزدیک شدن نوک الکترود به سطح کار ، مسیر مدار تکمیل گردد .

برای انجام یک جوشکاری خوب . جوشکار باید با موارد زیر آشنا باشد :

دستگاه جوشکاری و مدار آن

الکترود و خصوصیات آن

مهارت در ایجاد قوس الکتریکی

ژنراتور یا مولد DC دستگاهی است که به کمک آن برق جریان مستقیم را تولید میکنند . جریان الکتریکی ایجاد شده باید طوری باشد که پس از عبور از کابل های تشکیل دهنده مدار بتواند بین الکترود و قطعه کار یک منطقه مذاب ایجاد نماید . قسمت مذاب الکترود وارد منطقه مذاب می شود و مجموعا فطعه جوشکاری شده را ایجاد نماید .

جریان خروجی ماشین و جهت حرکت آن ، بسته به نوع کار مورد نظر ، توسط جوشکار انتخاب میشود . الکترود مصرفی ممکن است آهنی یا آلیاژی از آهن باشد . در بعضی از الکترودها مخلوطی از مواد غیر آهنی نیز یافت میشود . الکترودها در انواع مختلفی ساخته و عرضه میشوند . بعضی از آنها لخت ، بعضی با پوشش نازک و دسته ای با پوشش کلفت تهیه میشوند . مشکل ترین طریقه ، استفاده  از الکترود لخت است و مرغوبیت جوش به دست آمده نیز با قطعه مشابهی که بوسیله الکترود پوشش دار جوشکاری شده باشد قابل مقایسه نیست . یک پوشش نازک میتواند ثبات قوس الکتریکی را افزایش دهد . پوشش کلفت الکترود بقوس الکتریکی ثبات قابل ملاحظه ای میبخشد و ناخالصیهای موجود در منطقه مذاب را به بیرون هدایت کرده و ضمن سوختن باعث ایجاد گازهای خنثی میشود که این  نیز سطح خارجی و مذاب منطقه جوش را  از خطر  اکسیداسیون  محفوظ  نگه  میدارد.

پوشش کلفت الکترودها علاوه بر محافظت فلز جوش دادنی از خطر اکسیداسیون ، باعث سخت شدن سطحی قطعه کار نیز میشوند .

الکترودها را در قطرهای مختلفی تهیه میکنند . وقتی ضخامت قطعه کار تغییر کند متناسب با آن ، قطر الکترود و شدت جریان مدار نیز تغییر خواهد کرد . وقتی از پشت ماسک جوشکاری به منطقه مذاب نگاه کنیم دو قسمت مجزا مشهود خواهد بود : یکی جریان قوس و دیگری شعله قوس .شعله قوس که از گازهای خنثی تشکیل شده قرمز کمرنگ است . فلز تبخیر شده موجود در جریان قوس ، زرد و فلز مذاب آن سبز رنگ است .

وقتی اکسیژن و نیتروژن هوا بداخل منطقه جوش نفوذ کنند باعث تضعیف و شکنندگی آن می شوند . ولتاژ مصرفی نیز خیلی مهم است بطوری که افزایش ولتاژ باعث طویل شدن شعله و افزایش میزان سیلان الکترود خواهد شد . هر گاه پیشروی کار خیلی سریع باشد گرده جوش به خوبی نفوذ نکرده و حرکت کند آن نیز باعث برجستگی بیش از حد گرده جوش خواهد شد .

هرگاه شدت جریان و طول قوس بصورت متناسبی انتخاب شوند نتیجه جوشکاری بسیار خوب خواهد بود . ولتاژ و آمپراژ مناسب برای جوشکاری های مختلف را میتوان از جداول موجود استخراج نمود . انتخاب طول شعله مناسب به عهده جوشکار است .

اصول جوشکاری با قطب مستقیم (DCSP) :

تجربه نشان داده که الکترون ها پس از عبور از قطب منفی ( گاتد ) ماشین به طرف الکترود می روند . سپس الکترونها ادامه مسیر داده و از طریق قوس و قطعه کار بطرف قطب مثبت ماشین ( آتد ) می روند .

تقریبا در حدود     حرارت ایجاد شده در این طریقه ، در فلز اصلی و    آن در الکترود توزیع میگردد . انتخاب این طریقه جوشکاری به عوامل متعددی بستگی دارد .

جنس فلز اصلی ، وضعیت جوشکاری ، جنس الکترود و مواد پوششی آن از عوامل این انتخاب هستند . اطلاعات اضافی در مورد چگونگی انتخاب جوشکاری با قطب مستقیم در فصل دوم داده خواهد شد .

اصول جوشکار با قطب معکوس (DCRP) :

 گاهی اوقات ناچاریم که مسیر حرکت الکترونها را در مدارد جوشکاری معکوس کنیم .در جوشکاری باقطب معکوس ، الکترونها از قطب منفی ( کاتد) دستگاه شروع به حرکت کرده و به طرف قطعه گاز می روند. الکترونها از طریق  الکترود جوش به قطب مثبت باز می گردند . در این حالت  یک سوم حرارت ایجاد شده از قوس در قطعه گاز  و آن در  الکترود  توزیع می گردد.

 به این ترتیب با توجه به این که    گرمای حاصله در الکترود توزیع می شود ، فلز الکترود و گازهای محافظ بسیار گرم می شوند. این گرمای زیاد ، سرعت عبور فلز ذوب شده را افزایش داده و فلز مزبور با سرعت بسیار زیادی از منطقه قوس الکتریکی عبور می کند. نیروی ناشی از ازدیاد سرعت سقوط فلز مذاب باعث ایجاد گودی در منطقه مذاب می گردد. در نتیجه این عمل ، فلز  ذوب شده از نوک الکترود با ضربه  محکمی به منطقه مذاب برخورد می کند. انتخاب این طریقه جوشکاری نیز به عوامل متعددی از قبیل جنس قطعه کار ، وضعیت جوش ، جنس الکترود و پوشش آن بستگی دارد .

اطلاعات اضافی در مورد چگونگی انتخاب این طریقه جوشکاری در فصل دوم داده میشود.

ایمنی ، لباس های حفاظتی و وسائل دیگر :

قبل از شروع آموزش عملیات جوشکاری با قوس الکتریکی مطالب این قسمت را باید با دقت کافی مطالعه کرد . در موقع جوشکاری با قوس الکتریکی اگر لوازم و دستگاه های ایمنی مناسبی بکار برده شوند ، خطر جدی جوشکار را تهدید نخواهدکرد. اگر چه باید افراد مبتدی را آگاه کرده و مراحل صحیحج جوشکاری را به آنها آموخت تا در صورت مشاهده یا بروز حوادث احتمالی ، نحوه پیشگیری از آنها را بدانند . خطرات اصلی به شرح زیر هستند:

تشعشع اشعه ماورا بنفش و مادون قرمز

پاشیدن جرقه از منطقه مذاب

بروز شوک الکتریکی

ایجاد و استشمام دود و گازهای مختلف

آتش سوزی

تشعشع اشعه از منطقه قوس الکتریکی خطرات زیادی به دنبال دارد . در موقع جوشکاری ، چشم های کارگر حتما باید در پشت یک ماسک جوشکاری با شیشه مناسب قرار داشته باشند .تکرای می شود که از هیچ فاصله ای نباید به منطقه قوس الکتریکی نگاه کرد مگر آن که چشم ها به ماسک جوشکاری مسلح شده باشند . صورت ، دست ها ، بازوها و سایر نقاط بدن نیز باید به توسط تجهیزات مناسب پوشانده شوند .

دست ها باید به توسط دستکش مناسب محافظت شوند و سایر نقاط بدن نیز باید به توسط لباس های سبک پوشیده شوند چون سوختگی ناشی از جوشکاری چیزی در ردیف آفتاب سوختگی است . هرگاه جوشکاری در محلی انجام شود که در نزدیکی آن کارگران دیگری نیز مشغول کار باشند منطقه جوشکاری حتما بایستی به توسط حفاظ های مناسب محاط شود تا حتی از فاصله دور نیز امکان برق زده در چشم سایر کارگران از بین برود.

هرگاه تصادفا چشم کارگری دچار برق زدگی شد بلافاصله باید وی را به بهداری منتقل و تحت مداوا قرار داد .

جوشکاری با قوس الکتریکی معمولا" با پرتاب جرقه به اطراف همراه است . برخورد این جرقه ها به لباس های قابل اشتعال ، پوست بدن و مواد قابل اشتعال دیگر میتواند تولید خطر کند . در مجموع بهتر است از لباس های سبک استفاده کرد . در صورتی که از لباس های جیب دار استفاده می کنید درزهای آنها را بپوشانید و از قرار دادن اشیاُء قابل اشتعال مانند شانه کائوچوئی ، خودنویس و کبریت در آنها خودداری کنید . پوشیدن کفش ایمنی با کف کلفت نیز توصیه میشود . برای جلوگیری از شوک الکتریکی احتمالی باید در روی زمین خشک جوشکاری کرده و از الکترودگیر [1]عایق استفاده نمود . دستکش های ایمنی نیز باید کاملا" خشک باشند .

بطور کلی در مناطق خیس نباید با دستگاه های جوشکاری کار کرد .

با استفاده از کارهای بخصوص ، اطراف ماسک جوشکاری باید بخوبی تهویه شود . گازهای ناشی از جوشکاری ممکن است حاوی اکسیدهای فلزی سمی باشند .

هیچوقت نباید در محلهائی که تهویه مناسب ندارد جوشکاری نمود . فلزی که تازه جوشکاری شده باشد بسیار داغ بوده و میتواند باعث سوختگی شود . برای رعایت ایمنی توصیه میشود که از دستکش های چرمی یا پنبه نسوز که دقیقا اندازه دست باشند استفاده نمود . دستکش باید طوری انتخاب شود که سرآستین لباس کار کارگر را بپوشاند . بسیاری از جوشکارها از لباس چرمی و سنگین استفاده می کنند که لباس های آنها را از خطر جرقه ها در امان نگه میدارد.

فلز داغ را باید به توسط انبردستی یا انبر قفلی برداشت .در کارگاه های جوشکاری قبل از آنکه کارگر قطعه جوشکاری شده را با دست لخت حمل و نقل کند ، حتما باید آن را از مخزن خنک کن عبور داد .

سوار کردن و بازدید کردن وسایل جوشکاری با قوس الکتریکی :

وسائل معمولی جوشکاری با قوس الکتریکی ( برق مستقیم ) به شرح زیر هستند :

.A تامین انرژی الکتریکی

دستگاه ژنراتور جوشکاری

دستگاه یکسو کننده (رکتیفایر)

.B کابل زمین و کابل الکترود که از سیم های تاییده شده قابل انعطاف با روپوش مطمئن ساخته میشوند .

.C الکترودگیر یا انبر

.D میز کار فولادی با ارتفاع تقریبی 30 اینچ

.E چهار پایه فلزی

.F گیره مناسب

.G الکترودها

.H یک قلاب عایق برای نگهداری الکترودگیر

.I یک کابین یا اتاقک مناسب

اتاقک جوشکاری باید دارای نور و تهویه مناسبی باشد . تمام کابل ها باید در جای مناسب و امنی قرار داشته باشند . دستگاه جوشکاری باید در نزدیکی اطاقک قرار داشته باشد تا علاوه بر کوتاه بودن کابل ها ، تنظیم دستگاه نیز آسان باشد .

قبل از شروع کار باید قسمت های لازم را بازدید کرد تا از آماده بکار بودن دستگاه اطمینان حاصل نمود . همیشه قبل از شروع جوشکاری موارد و نکات زیر را بازدید کرده و مرور نمائید :

الف – جوشکار :

دستکش ها باید در شرایط خوبی باشند .

ماسک با طلق های مناسب .

پیش بند و سایر لباس های محافظ باید سالم باشند .

پاچه شلوار نباید زیاد گشاد باشد .

جیب ها باید خالی باشند .

آستین لباس باید مناسب باشد .

لباس ها باید خشک بوده و هیچگونه آثار روغن بر روی آنها نباشد .

از آویزان کردن وسائل زینتی باید جدا خودداری کرد .

ب- کارگاه :

اتصال کابل های الکترود و زمین باید مطمئن و محکم باشند.

پرده های اتاقک باید در وضعیت مناسبی قرار داشته باشند .

در سر راه کلید اصلی دستگاه باید فیوزهای سالم و با قدرت مناسب قرار داده شود.

آمپر دستگاه بر روی حداقل ممکن گذارده شود .

دستگاه تهویه باید در وضعیت مناسب قرار داشته باشد .

ج_ تامین احتیاجات :

الکترود با قطر مناسب .

سایر وسائل جوشکاری باید تمیز و آماده باشند .

دستگاه باید بر طبق دستورات کارخانه سازنده بازدید شود و در مواقع لازم تمیز و روغنکاری گردد . معمولا یاتاقان های موتور در دستگاه را با روغن موتور متوسط اتومبیل روغنکاری می کنند . بلبرینگ ها معمولا به گریس مخصوصی نیاز دارند . اغلب ، تعمیرکارها ، بازدید و کارهای لازم جهت روغنکاری و گریس کاری دستگاه را انجام میدهند .

بنابراین روغنکاری و گریس کاری دستگاه به عهده کارگر جوشکار نمی باشد . قبل از شروع کار بهتر است کابل های زمین و الکترود را بازدید کرد . الکترودگیر باید دور از قطعه کار و بر روی یک آویز یا قلاب فیبری یا چوبی قرار داده شود . اگر ماشین مورد استفاده از نوع موتور ژنراتور است ، بعد از روشن شدن آن ، وضعیت کموتاتور دستگاه را بازدید نمائید . اگر جاروبک های زغالی دستگه در حین دوران موتور جرقه بزنند ، تا رفع عیب کامل نباید با آن کار کرد . تمام دستگاه های جوشکاری باید در اتاقک مخصوص یا در پشت پرده های مناسب قرار داده شوند تا از ایجاد برق زدگی در چشم سایر کارگران ممانعت بعمل آید .

تنظیم و راه اندازی دستگاههای جوشکاری :

پس از آنکه جوشکار به وسائل ایمنی مجهز شد و پس از آنکه کارگاه جوشکاری را بازدید نمود ، میتواند دستگاه را روشن کند . مراحل روشن کردن دستگاه به شرح زیر است .

1- مطمئن شوید که الکترودگیر بر روی یک قلاب عایق آویزان شده باشد . وقتی الکترودگیر بر روی قطعه کار یا میز کار قرار دارد باید از روشن کردن دستگاه جدا خودداری کرد چون در این حالت مدار الکتریکی دستگاه بسته شده و در شروع عمل ، روشن شدن موتور با بار مصرفی کامل بسیار دشوار است .

2- کلید تامین انرژی اصلی را روشن نمائید .

3- با توجه به جنس فلز قطعه کار و قطر الکترود، امپراژ مناسب را انتخاب و تنطیم نمائید .

4- کلید معناطیسی دستگاه را فشار داده و روشن نمائید . در بعضی از دستگاه ها امکان تنظیم ولتاژ و آمپراژ وجود دارد و در برخی فقط یکی از آنها قابل تنظیم است .

بعد از آنکه جوشکار کمی کارکرد باید آمپر دستگاه را مجددا تنظیم نمود تا نتیجه جوشکاری خوب باشد .

انتخاب الکترود :

مهمترین تصمیمی که جوشکار اتخاذ میکند ، انتخاب الکترود مناسب است، الکترودها را میتوان در موارد زیر از هم تفکیک نمود :

1.نازک یا ضخیم بودن روپوش الکترود

2.ترکیبات شیمیائی روپوش ها مختلف بوده و بسته به نوع فلز و آلیاژ های آن و همچنین برای حالات مختلف جوشکاری متغیر است .

3. روپوش الکترود را میتوان برای انواع روش های DCSP,DCRP و یا AC انتخاب نمود .

4. ترکیبات فلز الکترود.

5.قطر الکترود مطلوب .

معمولا الکترودهای با پوشش ضخیم گرا الکترودهای مشابه با پوشش نازک میباشند ولی در عوض کیفیت جوش آنها نیز بسیار مرغوب تر است .

الکترودها را بوسیله رنگ و اعداد مانند          یا             مشخص می کنند .

هر الکترود خصوصیات مخصوصی دارد که فقط برای یک کار معین مناسب است . برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد انتخاب اعداد مشخصه الکترودها به فصل دوم رجوع کنید .برای تامین موارد استفاده مختلف ، آلیاژ و قطر الکترودهای مختلف فرق می کند .

وقتی می خواهید در روی یک قطعه کار کلفت یک جوش چند مرحله ای را انجام دهید بهتر است قطر الکترود را کمی کوچکتر از اعداد پیشنهادی جدول انتخاب نمائید .

جوشکار بایستی خشک بودن ، تمیزی و ترک نداشتن هر الکترود را بازدید نماید چون این عوامل در کیفیت جوش موثر هستند .

برای قرار دادن الکترود در الکترودگیر کافی است گیره آن را بازکرده و قسمت انتهائی و لخت الکترود را بین فک های گیره قرار داد . هرگاه پس از آزاد کردن دسته های گیه ، اکترود شل باشد و در محل خودسازی کند ، گیره احتیاج به تعمیر یا تنظیم دارد .

روشن کردن قوس الکتریکی :

یکی از اساسی ترین اصولی که افراد مبتدی باید یاد بگیرند روشن کردن قوس الکتریکی بن قطعه کار و الکترود است . ابتدا باید الکترود با قطعه کار تماس پیدا کند و بلافاصله آن را طوری عقب بکشیم که قوس الکتریکی مناسب و دلخواه ایجاد گردد.

1-انبر نیز نامیده می شود (م).