تحقیق مقاله جوشکاری

تعریف: اتصال دو قطعه فلز همجنس را در صورتیکه به یکی از روشهای زیر انجام شود، جوشکاری گویند:

الف: در حالت مذاب یا جامد

ب: با استفاده از واسطه (مواد کمکی) یا بدون واسطه

ج:‌ با ایجاد فشار یا بدون استفاده از فشار

در واقع جوشکاری به اتصالی گفته می شود که محل اتصال را از قسمتهای دیگر قطعات نتوان مجزا نمود یا به عبارت دیگر خواص جوش ایجاد شده با قطعات مورد اتصال یکسان یا نزدیک به هم باشد.

با توجه به این که اغلب سازه ها و یا قسمتهای مختلف ماشین آلات صنعتی از قطعات ریختگی،‌ آهنگری شده، نورد شده و غیره، با ابعاد، جنس و شکل متفاوت تشکیل شده اند لذا اتصال آنها با یک یا چند روش محدود جوشکاری امکان‌پذیر نیست و ضرورت ایجاب می کند از فرآیندهای مختلف، متناسب با موقعیت قطعات استفاده شود. روشهای مختلف جوشکاری با توجه به انرژی مصرفی از یکدیگر تفکیک می شوند. نمودار 1-3- نمونه ای از فرآیندهای جوشکاری را با انرژی مورد استفاده آنها نشان می دهد.

1-1-3- جوشکاری با قوس الکتریکی و الکترود فلزی: در این روش انرژی لازم از تشکیل قوس الکتریکی که بین دو قطب صورت می گیرد به دست می آید:

قوس الکتریکی عبارت است از تخلیه بار الکتریکی بین دو قطب و یونیزه شدن گاز موجود در منطقه قوس.

قوس الکتریکی در صورتی تشکیل می گردد که بین الکترود و قطعه کار (دو قطب جریان الکتریسیته) فاصله ای حدود 3 میلیمتر ایجاد شود.

در این سیستم جریان الکتریسیته که معمولاً از برق شهر تأمین می گردد توسط منبع قدرت یا انرژی (دستگاه جوشکاری) تقویت شده، شدت جریان متناسب با قطر الکترود و شرایط اتصال تنظیم می شود. ولتاژ جریان نیز توسط دستگاه کاهش می یابد الکترود که نقش واسطه را به عهده دارد از دو قسمت سیم و پوشش تشکیل شده است و با توجه به جنس و مشخصات قطعات مورد اتصال انتخاب می شود.

این فرآیند در حال حاضر بیشترین کاربرد را در صنایع مختلف ماشین سازی و تولید سازه های فولادی برعهده دارد. با استفاده از این روش جوشکاری می توان اتصال قطعات مختلف فولادی، انواع چدن، آلیاژهای آلومینیوم و مس را بخوبی انجام داد.

2-1-3- جوشکاری با قوس الکتریکی و حفاظت با پودر (زیر پودری): همانطور که گفته شد در روش قوس الکتریکی و الکترود دستی واسطه اتصال الکترود پوشش دار است. پوشش الکترود وظیفه حفاظت منطقه ‌ مذاب (محل تشکیل قوس) را برعهده دارد و در نتیجه از تأثیر هوا و عناصر مضر آن در جوش جلوگیری می کند.

در سیستم زیرپودری از سیم بدون پوشش استفاده می شود که به طور متوالی از قرقره مخصوص رها می گردد و ضمن تشکیل قوس، نقش واسطه اتصال را نیز برعهده دارد. برای جلوگیری از تأثیر عناصر مضر هوا پودر مخصوصی از یک مخزن به محل تشکیل قوس هدایت می شود و هنگام ایجاد مذاب پودر مذکور نیز ذوب شده، محل اتصال را مانند پوشش الکترود حفاظت می کند.

از این فرآیند در جوشکاری قطعات ضخیم فولادی، اتصال درز لوله ها، مونتاژ قطعات ماشین آلات سنگین و غیره استفاده می شود.

3-1-3- جوشکاری با قوس الکتریکی و حفاظت با گاز: در بعضی از موارد که از سیم بدون پوشش به عنوان واسطه در جوشکاری استفاده می شود حفاظت محل اتصال به وسیله گازهای بی اثر یا فعال تأمین می گردد. این فرآیندها به دو دسته به شرح ذیل تقسیم می شوند:

الف: جوشکاری  (جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از قطعات ضخیم فولادی و حفاظت گاز)

در این روش قوس الکتریکی بین یک الکترود دیرذوب (از جنس تنگستن)[1] و قطعه گاز تشکیل می گردد. گاز حفاظت کننده که معمولاً از گازهای بی اثر (آرگون، هلیوم و ترکیبات آنها) می باشد از طریق کپسول مربوط تأمین می شود و توسط شیلنگ مخصوص به محل تشکیل قوس هدایت می گردد.

گاز مذکور به علت بی اثر بودن، نقش مخرب در جوش ندارد و از تأثیر عناصر مضر هوا در جوش جلوگیری می کند.

این روش جوشکاری در اتصال انواع فولاد، آلیاژهای آلومینیوم، مس و غیره با کیفیت مطلوب مورد استفاده قرار می گیرد. شکل 4-3 فرآیند  و متعلقات مربوط به آن را نشان می دهد.

ب: جوشکاری  (جوشکاری قوس الکتریکی با سیم مصرف شدنی و حفاظت گاز) در این روش قوس الکتریکی بین سیم فلزی و قطعه کار تشکیل می گردد.

جنس سیم مذکور، با جنس قطعات مورد اتصال تناسب دارد و نقش واسطه را در این روش ایفا می کند.

از این روش برای جوشکاری فولاد معمولی، فولاد آلیاژی (استنلس استیل)، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای مس و غیره می توان استفاده نمود. ولی برحسب مورد، لازم است گاز حفاظتی و سیم واسطه متناسب با فلز مورد اتصال، انتخاب و روی دستگاه نصب گردد.

چنانچه از این سیستم به منظور جوشکاری فولادی معمولی (ساختمانی) استفاده شود به جای گاز بی اثر می توان از گازهای فعال مانند  استفاده نمود و برای تشکیل قوس و استفاده از واسطه قرقره سیم مسوار را روی دستگاه سوار کرد.

4-1-3- جوشکاریهای مقاومتی: در فرآیندهای مقاومتی، حرارت لازم جوشکاری از طریق مقاومت الکتریکی تأمین می گردد. با توجه به کاربرد وسیع این فرآیند در صنایع مختلف بخصوص ماشین سازی تنوع زیادی در روشهای آن ابداع گردیده که ذیلاً به بعضی از آنها اشاره می شود.

الف – نقطه جوش: از این روش برای اتصال ورقهای فلزی استفاده می شود. جوشکاری به این طریق صورت می گیرد که، ورقهای مورد اتصال بین دو الکترود مسی قرار می گیرد و عبور جریان الکتریسته در محل تماس الکترودها با ورقها، ایجاد حرارت می کند.

نقطه جوش با روشهای مختلف از قبیل دستی، سقفی، ستونی و غیره اجرا می‌گردد. یکی از کاربردهای وسیع نقطه جوش مونتاژ بدنه اتومبیل می باشد.

ب – درز جوش: چنانچه هدف، آب بندی ظروف یا مخازن مختلف باشد فقط از طریق ایجاد نقطه جوشهای به هم پیوسته امکان پذیر است. برای دستیابی به این روش به جای دو الکترود میله ای می توان از دو قرقره مسی استفاده نمود که ضمن چرخش، به طور متوالی ورقها را جوشکاری کرده و یک اتصال پیوسته را ایجاد می نماید. از این روش برای جوشکاری درز مخازن مانند باک اتومبیل، منبع اگزوز، بدنه ‌‌ آبگرمکن و غیره استفاده می شود. در شکل 7-3 تجهیزات قرقره ‌ جوش و نمونه ای از اتصالات مربوط به آن را مشاهده می کنید.

ج – جوشکاری سر به سر: برای اتصال مقاطع پروفیلها (لوله، تسمه، قوطی و ...) از جوشکاری سر به سر استفاده می شود. برای اجرای جوشکاری، قطعات کار توسط گیره های دستگاه گرفته می شود و تماس مقاطع پروفیلها با یکدیگر، عبور جریان الکتریسته حرارت لازم را ایجاد می کند.

5-1-3- جوشکاری القایی: در این فرآیند حرارت لازم جوشکاری از طریق القای جریان الکتریسته تأمین می گردد. همانطور که می دانید اگر روی یک میله ساده چند دور سیم بپیچانیم و دو سر آن را به دو قطب جریان مستقیم وصل کنیم یک جریان القایی ضعیف ایجاد کرده ایم. از این عمل یک آهنربای ساده نیز تولید می شود.

انرژی لازم جوشکاری از سیستم القایی نیز تقریباً به همین صورت ولی با قدرت زیادتر به دست می آید. یکی از کاربردهای این جوشکاری استفاده در اتصال درز لوله ها هنگام تولید لوله های درزدار می باشد.

6-1-3- جوشکاری با شعله گاز (اکسی استیلن): در جوشکاری با شعله گاز حرارت لازم از طریق انرژی شیمیایی (سوختن و فعل و انفعال بین دو گاز) تأمین می گردد.

در این شیوه جوشکاری، لبه قطعات مورد اتصال را به وسیله شعله ای که از اشتعال دو گاز (یکی گاز قابل اشتعال و سوختن و دیگری گاز غیر قابل سوختن) بدست می آید حرارت می دهند تا به حال مذاب درآید. سپس با استفاده از واسطه یا بدون استفاده از واسطه (با ذوب کردن لبه های اضافی قطعات) اتصال صورت می‌گیرد.

گاز قابل اشتعال معمولاً استیلن است و برای دمیدن و افزایش حرارت، گاز اکسیژن به کار برده می شود. از جوشکاری اکسی استیلن در اتصال انواع فلزات (فولاد، چدن، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای مس و غیره) می توان استفاده کرد.

7-1-3- جوشکاری ترمیت: در فرآیند ترمیت نیز از تبدیل انرژی شیمیایی به حرارتی برای تأمین گرمای لازم جوشکاری استفاده می شود. اما در این روش مانند جوشکاری با شعله گاز از سوختن و فعل و انفعال گازها استفاده نمی شود بلکه حرارت لازم از فعل و انفعال شیمیایی بین دو پودر فلزی بدست می آید.

بطور مثال برای جوشکاری فولاد معمولی از پودر اکسید آهن    و پودر آلومینیوم استفاده می شود. فعل و انفعال این اتصال طبق رابطه زیر می باشد:

چنانکه مشاهده می شود در این فعل و انفعال، اکسید آهن احیا شده، آهن خالص به عنوان واسطه اتصال درز قطعات را پر می کند و اکسید آلومینیوم حاصل روی سطح جوش را گرفته، عمل حفاظت کنندگی را انجام می دهد. از این فعل و انفعال حدود 18500 کالری گرما حاصل می شود که برای اتصال قطعات ضخیم فولاد کافی است. یکی از کاربردهای وسیع این فرآیند جوشکاری در اتصال ریلهای راه آهن است.

8-1-3- جوشکاری آهنگری:‌ این فرآیند یکی از قدیمترین روشهای اتصال دو قطعه محسوب می شود.

برای جوشکاری با این روش، قطعات را معمولاً داخل کوره های زغالی به قدری حرارت می دهند تا حالت خمیری به خود بگیرند سپس آنها را از کوره خارج کرده، با استفاد از پتک، محلهای گداخته را به روی سندان در هم می کوبند. عمل کوبیدن قطعات با پتکهای دستی و یا چکشهای بادی و هیدرولیکی صورت می‌گیرد.

این روش جوشکاری تقریباً متروک شده است.

9-1-3- جوشکاری اصطکاکی: اساس جوشکاری با این فرآیند بر اصل تبدیل انرژی مکانیکی (جنبشی) به انرژی گرمایی استوار است. در این روش، قطعات کار را در گیره های دستگاه جوش اصطکاکی ثابت کرده، محل مورد اتصال قطعات را به هم نزدیک می کنند سپس با ایجاد حرکت دورانی سریع موجب مالش و اصطکاک دو قطعه در محل تماس می شوند از این عمل گرمای زیادی حاصل می گردد. دستگاه به صورت خودکار پس از مدت زمان معین تنظیم شده، متوقف می گردد و ترمز آنی ایجاد می کند؛ در این لحظه قطعات گداخته در محل اتصال داخل یکدیگر فشرده می شوند و جوش می خورند.