تحقیق مقاله جوشکاری با قوس الکتریکی در پناه گاز محافظ

تجربه نشان داده که درصورتیکه بتوانیم از ورود هوا به منطقه جوش پیشگیری کنیم جوش از خواص شیمیائی و فیزیکی بهتری برخوردار خواهد بود. در این جا کلمه هوا به مخلوطی از گازهای اکسیژن هیدروژن نتیتروژن و بخار آب که همگی باعث کاهش کیفیت جوش می شوند اطلاق می گردد. باید اضافه کرد که اکسیدهای فلزی و گرد و غبار و ذرات پراکنده در هوا نیز باعث کاهش کیفیت جوش می گردند.

در بسیاری از مراحل جوشکاری با قوس الکتریکی و همچنین لحیم کاری و لحیم کاری سخت گازهای حاصل از سوختن پوشش الکترودها و همچنین گازهائی که مخصوص این کار پیش بینی شده اند از ورود و تماس هوا و دیگر عناصر مضر به منطقه جوش جلوگیری می کنند.

اصول اساسی جوشکاری با قوس الکتریکی در پناه گاز محافظ

اصول کار این طریقه جوشکاری بسیار ساده است. الکترودگیر که در اینجا به آن تفنگ یا مشعل هم گفته می شود طوری طراحی شده که علاوه برالکترود جریانی از یک گاز خنثی مانند بی اکسیدکربن هلیوم یا آرگون را نیز از خود عبور می دهد.

غرض اصلی از استفاده از یک گاز محافظ درخلال جوشکاری درامان نگهداشتن فلز مذاب از ورود و تماس اکسیژن هوا و سایر گازهای مزاحم موجود در آن به منطقه جوش می باشد. در این طریقه با حذف اکسیداسیون وسیار ناخالصی های موجود جوشکاری بر روی فلزاتی که با سایر طرق جوشکاری غیرممکن و یا بسیار دشوار است ممکن می گردد. این طریقه جوشکاری با روش دستی خودکار و نیمه خودکار مرسوم و متداول است. در این قسمت روشهای دستی و نیمه خودکار مورد بررسی قرارگرفته و بحث درباره طریقه اتوماتیک به بخش دیگری موکول می شود.

درموقع کار با این روش جوشکاری گازی که از داخل الکترودگیر عبور می کند و اطراف الکترود را در برمی گیرد به محض خروج از الکترودگیر آتمسفر محیط را با فشار پس زده و الکترود قوس و منطقه مذاب را از ورود هوای اطراف در امان نگهمیدارد.

جوشکاری یا قوس الکتریکی در پناه گاز خنثی سه مزیت اساسی نسبت به جوشکاری ساده با قوس الکتریکی دارد. این مزایا عبارتند از:

سرعت عمل بسیار زیاد است.

 جوش خیلی تمیزتر است.

جوشکاری فلزاتی که با سایر روشها غیرممکن یا دشوار است ممکن می گردد.

یکی از مزایا سرعت مل کاهش تلفات و صرفه جوئی در وقت است. درصد تقریبی هزین ها بشرح زیرمی باشد:

الکترود تنگستن (اگر مصرف شود)                            3%

انرژی الکتریکی                                        5%

گاز محافظ                                                       92%

باین تریتب ملاحظه می شود که عمل کرد این روش بمراتب سریع تر از جوشکاری معمولی باقوس الکتریکی می باشد و البته بدیهی است که صرفه جوئی درتعداد وساعت کار کارگر نیز قابل توجه بوده و تولید بسیار زیاد خواهد بود همچنین در این روش چون نیازی به تمیز کردن تفاله جوش نیست. در زمان و مزدکارگر باز هم صرفه جوئی خواهد شد.

انواع روشهای جوشکاری با گاز خنثی

انواع روشهای جوشکاری مورد استفاه و مرسوم بشرح زیر می باشند:

الف. جوشکاری با قوس الکتریکی با الکترود از جنس تنگستن (TIG یا GTAW) که اصطلاحا آن را تیک خواهیم نامید.

ب. جوشکاری با قوس الکتریکی با الکترود فلزی (MIG یا GMAW) که آنرا میگ می نامیم.

ج. حوشکاری با قوس الکتریکی و بوسیله الکترود زغالی (CIG یا GCAW) که آنرا سیگ می نامیم.

د. جوشکاری با قوس الکتریکی به طریقه نقطه جوش GASW بهرحال درمجموع برای عبور جریان الکتریسیته سه روش پیشنهاد شده است:

جریان مستقیم با پلاریته مستقیم (DCSP)

 جریان مستقیم با پلاریتهن معکوس (DCRP)

 جریان متناوب (AC)

یونها ملکول های یک گاز می باشند که بصورت ذرات باردار (الکتریکی) در می آیند.

این عملیات قسمتی از تئوری الکترونی می باشند. در روش DCSP نفوذ بسیار عالی است چون جریان حرکت الکترون ها بطرف قطعه کار بوده و درنتیجه گرما را بر روی آنت متمرکز می کند.

اگر از روش DCSP استفاده کنیم کار بسیار تمیز خواهد بود ولی نفوذ خیلی زیادنمی باشد زیرا بیشتر گرما در روی الکترود تنگستن (آند) یا سیم جوش ایجاد خواهد شد. بلافاصله ملاحظه می شود که استفاده از این طریقه برای جوشکاری بر روی قطعات آلومینیومی منیزیمی و سایر موادی که جوشکاری آنها مشکل است بسیار مفید می باشد (در این حالت باید از الکترودی از جنس تنگستن استفاده نمود). اگر از جریان متناوب با فرکانس بالا (ACHF) استفاده شود هم نفوذ خوب بوده و هم کار تمیز خواهد ماند.

درموقع استفاده از روش (MIG) GMAW جریان گرمائی قوس متغیر است زیرا الکترود فلزی ذوب شده و قطرات مذاب از قوس عبور کرده و به منطقه جوش سقوط می کنند. این روش جوشکاری اغلب با طریقه DCRP صورت می گیرد. در این حالت قوس بسیار تمیز بوده و فلز جوش با سرعت بر روی قطعه کار ته نشین می شود. البته در این حالت جریان الکتریکی نسبتا زیاد لازم است تا فلزمذاب را به صورت پودر در آورده و آنرا بر روی قطعه کار ته نشین نماید. به این ترتیب میزان انتقال* زیاد شده و کنترل و دقت قوس افزایش می یابد. عین همین عمل را می توان درباره فلزات نازک انجام داد. در این حالت فقط کافی است شدت جریان را کاهش دهیم.

بحث بیشتر در این مورد را به صفحات بعد موکول می کنیم.

جوشکاری با قوس الکتریکی درپناه گاز خنثی و با الکترودی از جنس تنگستن GTAW (TIG)

دراین حالت از یک الکترود مصرف شدنی از جنس تنگستن استفاده می کنند. این الکترود در داخل یک الکترودگیر مخصوص که ضمنا از میان خود جریانی از یک گاز خنثی را نیز عبور می دهد قرارمی گیرد. درحقیقت اصول کار به این ترتیب است که قوس الکتریکی بین کارو تنگستن در محیطی که از یک گاز خنثی (از قبیل هلیوم آرگون دی اکسیدکربن یا مخلوطی از گاز محافظ) آکنده است صورت می گیرد.

درحقیقت اصول کار به این ترتیب است که قوس الکتریکی بین کار و تنگستن درمحیطی که از یک گاز خنثی (از قبیل هلیوم آرگون دی اکسیدکربن یا مخلوطی از گاز محافظ) آکنده است صورت می گیرد.

در فصل بعدی انواع گازهای محافظ وموارد استفاده هریک توضیح داده خواهد شد و تشریح خواص فیزیکی و شیمیائی آنها به فصول بعدی موکول می گردد. اگر لازم باشد فلز پرکننده را می توان به منطقه جوش اضافه نمود.

مرتب کردن یک کارگاه جوشکاری TIG

یک کارگاه کامل TIG شامل لوازم و تجهیزات نیز خواهد بود:

کابین جوشکاری – سیستم تهویه – میزکار – دستگاه قوس الکتریکی – سیلندرگازمحافظ – رگولاتورسیلندر و جریان سنج – لوله گازمحافظ – کابل الکترود – کابل زمین – مشعل مخصوص برای نگهداری تنگستن (با سیستم خنک شونده بوسیله هوا) و شیر قطع و وصل گاز.

البته تمام این تجهیزات فقط برای سیستمی که به توسط هوا خنک شود مناسب می باشند.

درصورتی که مشعل به وسیله آب خنک شود دستگاه های اضافی زیر نیزلازم می باشند:

شیرآب – لول برای انتقال آب – لوله ای برای تخلیه و انتقال آب خروجی به فاضلاب – و الکترودگیر مخصوص تنگستن که بوسیله آب خنک می شود.

بیشتر اوقات لوله آب و گاز و کابل جوشکاری دریک لوله واحد دیگر جاسازی می شوند.

معمولا جریان آب خروجی را از میان کابل الکترود عبور می دهند. خنک کنندگی آب این امکان را می دهد که از کابل های نازکتری استفاده کنیم تا وزن مشعل سبک تر شده و قابلیت انعطاف آن افزایش یابد.به سیستم کنترل پائی شدت جریان (که درفصل دوم توضیح داده شده) و همچنین جریان عبور گاز (رگولاتور گاز و گازسنج) که نسبت به شرایط جوشکاری قابل تنظیم می باشد توجه داشته باشید.

کابین جوشکاری و طریقه تهویه آن نیز در فصل دوم توضیح داده شده و دراین جا نیازی به تکرار آن نیست.

باید توجه داشت که چون قوس الکتریکی برای چشم و سایر اعضای بدن مضر است، حتماَ باید کارگر را به تجهیزات حفاظتی مناسب،مجهز نمود.

میز کار جوشکاری نیز می‌تواند متناسب با نوع کار از نوع موتور- ژنراتور یا یکسوکننده باشد. اغلب ماشین‌های جوشکاری به سیستمی مجهزند که بخصوص در شروع قوس، مدار از جریان بسیار زیادی که فرکانس بالائی هم دارد برخوردار گردد.

سیلندرگازی  که در این‌جا مصرف می‌شود بسیار شبیه سیلندر اکسیژنی است. طرز استفاده و مراقبت‌های یادآوری شده درمورد دستگاههای مربوط به قوس‌الکتریکی را در اینجا نیز باید رعایت نمود.

یادآوری می‌شود که در این جا مصرف گاز به طریق دیگری سنجیده میشود. برخلاف مقیاسات psig در این جا مصرف رابرحسب فوت مکعب در ساعت ( میزان کمی جریان) برآورد می‌کنند.

مقیاسی که بر روی لوله مدرج ثبت شده میزان عبور جریان گاز برحسب فوت مکعب در ساعت را نمایش می‌دهد.

کابل برحسب فوت مکعب در ساعت را نمایش می دهد.

کابل ولوله‌ها و نحوه اتصال آنها با چیزی که در فصل چهارم در مورد سایر دستگاه‌های جوشکاری گفته شده تفاوتی ندارد.

قبل از روشن کردن ماشین باید مطمئین شدکه تمام اتصالات الکتریکی، آب و گاز محکم و تمیز هستند.

تنها تفاوتی که در این‌جا ملاحظه می‌شود مشعل یا الکترودگیر است.

راه‌اندازی یک کارگاه جوشکاری TIG

 قبل از شروع به کار، کارگاه باید کاملا مورد بازرسی قرار گیرد. اتصالات کلیه مدارهای الکتریکی باید محکم و پاکیزه باشند. سیلندر گاز باید بطور مطمئنی در جای خود تثبیت شده باشد تا خطری متوجه کارکنان کارگاه و خود سیلندر نشود.

تنظیم آمپراژ برای الکترود تنگستن در مورد جوشکاری فولاد معمولی و فولاد ضدرنگ داده شده است. جریان متناوب برای جوشکاری الومینیوم را مشخص می‌کند.

برای این کار اغلب از روشDCRP استفاده میکنند. در صورتیکه از روش DCRP استفاده شود شدرت جریان باید بین   تا   مقدار استفاده شده در روش DCSP باشد.

تنظیم وتناسب شدت جریان با ضخامت قطعه کار، شبیه دستورات داده شده در مورد جوشکاری معمولی با قوس الکتریکی است.

سوراخ الکترودگیر باید متناسب با اندازه الکترود تنظیم و انتخاب شود و به همین ترتیب میزان شدت جریان و اندازه عبور جریان گاز نیز باید به نسبت آنها کم و زیاد شود.

بهرحال همیشه از دستورات کارخانه سازنده دستگاه یا الکترود پیروی کنید.

الکترودگیر ومیزان عبورجریان متناسب باهر یک داده شده است. البته باید توجه داشت که تغییرات مزبورناشی از کم وزیاد کردن دستگاه مراحل زیر را تعقیب کنید:

ابتدا مطمئن شوید که جریان گاز وآب ( در صورتیکه سیستم با آب خنک می شود) در لوله‌ها جاری بوده و یا شیر آنها باز است. این سیالات بوسیله شیرهای دستی که در داخل الکترودگیر ویاقلاب آن تعبیه شده، تنظیم می شوند. در برخی موارد، کنترل عبور جریان خودکار بوده و به توسط رله الکتریکی و شیرهای سلونوئیدی صورت میگیرد.

درهر دو صورت میزان عبور جریان آب و گاز را تنظیم کنید. میزان معمولی جریان آب در هر ساعت بین 12 تا 23 گالن می باشد. اندازه‌گیری مهمی که در این مرحله باید صورت گیرد این است که افزایش دمای آب باید فقط 10 درجه فارنهایت باشد. نسبت های مربوط به عبور جریان گاز  نوک الکترود تنگستن  باید بخوبی شکل داده شده باشد تا نتایج خوبی به دنبال داشته باشد. در مورد جریان متناوب انتهای الکترود باید بصورت کروی بوده و در روشDCSP نوک التکرود بهتر است تیز شده باشد.

نکته ای که یاداوری ان کاملا ضروری به نظر می رسد اینکه، در موقع کار با جریان متناوب توجه داشته باشید که الکترود طوری در داخل الکترو‌گیر نصب شود که نوک گرد آن در طرف ایجاد قوس واقع شود.

در غیراینصورت اگر کارگر طرف گردکند، در آوردن الکترود از داخل کلت مشکل و گاهی اوقات غیر ممکن بوده و در این حال تنها راه چاره شکستن الکترود است. در هر حالی الکترود باید کاملا مستقیم و یکنواخت باشد و در صورتیکه نوک آن تیز شده. تیزی باید کاملا متحدالمرکز باشد زیرا در غیر اینصورت جریان گاز محافظ بصورت یکنواخت قوس را تغذیه نخواهد کرد.

هنگام استفاده از جریان متناوب،‌برای گرد کردن نوک الکترود، از روش DCRP استفاده کرده و قوس را برای یک لحظه بر روی یک تکه زغال یا مس روشن کنید. قطر کره ایجاد شده در نوک الکترود تنگستن فقط باید کمی بیشتراز قطرالکترود باشد.

ایجاد قوس

برای جریان متناوب، سیستم به فرکانس فوق‌العاده زیادی نیاز دارد. برای روشن کردن قوس، الکترودگیر را در وضعیت افقی بالای کار نگهداشته و الکترود را به سرعت به کار طوری نزدیک کنید که فاصله نوک الکترود تاسطح کار حدود  اینچ شود. در جریان متناوب، فرکانس جریان آنقدر زیاد است که فاصله مزبور  فورا با قوس الکتریکی پر میشود.

اگر از جریان DC استقاده کنیم نوک الکترود تنگستن باید سطح کار را لمس کرده و سپس عقب کشیده شود.

برای تمرین بهتر است الکترود تنگستن را ابتدا بر رویی یک قطعه از جنس تنگستن فرود بیاوریم و یا در غیر این صورت از یک الکترود مستعمل استفاده کنیم تا الکترود تازه، کثیف وخراب نشود.

تمام ماشین‌های جوشکاری که برای این طریقه جوشکاری طراحی شده‌اند ( چه AS و چه DC یا هر دو) مدار خاصی دارند که در شروع کار فرکانس زیادی را در مدار جاری می سازند.

در ماشین‌های مختلف ،‌این مدار، بصورتهای متنوعی ارائه میشود. در صورتیکه ماشین برای استفاده با جریان متناوب پیش‌بینی شده باشد، این جریان‌ با فرکانس زیاد بصورت دائمی ادامه پیدا خواهد کرد. در ماشین‌های مخصوص جریان DC، یک رله الکتریکی، جریان با فرکانس زیاد را بلافاصله پس از ایجاد قوس، قطع می نماید.

قبل از شروع جوشکاری بر روی کار اصلی، بهتر است مشعل را به کار در روی یک قطعه زائد گرم کنیم. در نتیجه این عمل، الکترود در دهانه الکترودگیر گرم شده و نتایج خوبی از خود بجا خواهد گذاشت.