جوشکاری ذوبی به آن دسته از فرایندهای اتصال دهی گفته میشود که در آن، قطعات اولیه تا دمای ذوب حرارت داده میشوند. اتصال دو قطعه به وسیله اختلاط این مذاب، صورت میگیرد. فرایندهای جوشکاری ذوبی به سه دسته اصلی تقسیم میشود که شامل جوشکاری ذوبی با گاز ، جوشکاری ذوبی به وسیله قوس و جوشکاری ذوبی به وسیله پرتو پرانرژی میشوند. فرایندهای دیگری نیز مانند جوشکاری ترمیت و جوشکاری الکترواسلگ وجود دارند که جزو فرایندهای جوشکاری ذوبی هستند اما در سه دسته بندی یاد شده جای نمیگیرند. در برخی فرایندهای جوشکاری ذوبی نیز اتصال به وسیله عبور جریان الکتریکی از قطعه کار و گرم شدن قطعه کار بر اثر مقاومت الکتریکی قطعه انجام میشود.
مهمترین عاملی که باعث میشود که این دسته بندی های جوشکاری ذوبی مجزا از یکدیگر باشند، چگالی توان است. در این بین، شعله دارای کمترین چگالی توان و پرتو های پرانرژی بیشترین چگالی توان را بین فرایندهای جوشکاری ذوبی دارند. چگالی توان پایین موجب تضعیف خواص فلز پایه و اعوجاج احتمالی میشود. در چگالی توان بالا، پرتو پر انرژی موجب ذوب یا حتی تبخیر موضعی فلز پایه میشود. در این شرایط، فرایند جوشکاری با حداقل اعوجاج و همچنین حداقل میزان تاثیر گرفتن از حرارت انجام میشود که شرایطی بسیار بهینه است. همچنین افزایش چگالی توان منبع حرارتی دستگاه جوش ذوبی ، موجب افزایش عمق نفوذ جوشکاری ، سرعت های جوشکاری بالاتر و کیفیت جوش بهتر میشود.
در جوشکاری هواگاز یا جوشکاری اکسی استیلن ، ذوب شدن و اتصال دو قطعه به وسیله واکنش بین گاز و اکسیژن صورت میگیرد. اکسی استیلن به دلیل گرمای زیاد شعله ای که تولید میکند، پرکاربرد ترین گاز در این فرایند است. از فلاکس نیز به منظور اکسیژن زدایی و تمیزکاری فلز جوش استفاده میشود. فلاکس به وسیله ذوب شدن و سپس منجمد شدن روی فلز جوش، یک پوسته سرباره محافظ روی فلز جوش ایجاد میکند. شعله استفاده شده در دستگاه جوش ذوبی هواگاز میتواند خنثی، اکساینده یا کاهنده باشد.
جوشکاری هواگاز
شعله خنثی پرکاربردترین شکل شعله است که از ترکیب اکسیژن و استیلن به نسبت مساوی پدید می آید. این شعله پرکاربردترین شعله مورد استفاده در جوشکاری هواگاز است. در اتمسفر این شعله، هیدروژن و مونوکسید کربن پدید می آید که با جذب اکسیژن، مانع از اکسایش قطعه میشوند.
شعله کاهنده در جوشکاری ذوبی با استفاده از مقادیر استیلن بالا پدید می آید. شعله کاهنده برای فلزاتی مثل آلومینیوم که دارای اکسید دیرگداز هستند، مناسب است. در ضمن، شعله کاهنده برای فولاد های پر کربن نیز به کار میرود چون وجود اکسیژن در اتمسفر جوشکاری این نوع فولادها موجب بروز تخلخل میشود. شعله اکساینده نیز از مقادیر بیش از حد اکسیژن پدید می آید. این نوع شعله، در جوشکاری برنج کاربرد بسیاری دارد. به این دلیل که اکسید شدن مس موجب ایجاد لایه محافظ اکسید مس و جلوگیری از تبخیر روی میشود.
جوشکاری ذوبی هواگاز هزینه بسیار پایین و تجهیزات قابل حملی دارد و به این دلایل از روش های پرکاربرد جوشکاری است. با این وجود، همانطور که پیشتر گفته شد، به دلیل چگالی توان بالا ممکن است خواص فیزیکی فلز را تخریب کند و اعوجاج بوجود بیاورد.
جوشکاری الکترود دستی یا جوشکاری قوسی فلز با الکترود پوشش دار ساده ترین فرایند بین انواع جوشکاری ذوبی است. جوشکاری با الکترود دستی یک فرایند جوشکاری ذوبی کم هزینه و قابل حمل است. سرعت پایین فرایند و نبود محافظت مناسب موجب عدم استفاده از این فرایند در کاربردهای حساس میشود.
جوشکاری با الکترود دستی
در این فرایند جوشکاری ذوبی ، بین الکترودی میله ای و قطعه کار قوسی پدید می آید که منجر به ذوب شدن قطعه کار میشود. در دستگاه جوش ذوبی ، الکترود میله ای از طریق انبر یا نگه دارنده به یک قطب دستگاه جوش و قطعه کار از طریق کابل دیگری به قطب دیگر دستگاه جوش ذوبی متصل میشود. هسته الکترود پوشش دار، جریان الکتریکی را به قوس وصل میکند و نقش فلز پرکننده را برای جوش دارد. یک و نیم سانتیمتر بالایی الکترود عاری از پوشش است و به وسیله انبر نگه داشته میشود. انبر یا نگه دارنده در دستگاه جوش ذوبی ، گیره ای فلزی است که پوششی عایق الکتریسیته دارد تا توسط جوشکار نگه داشته شود.
گرمای قوس موجب ذوب هسته و پوشش الکترود شده که به صورت قطره ای به حوضچه مذاب افزوده میشوند. پوشش الکترود بر روی حوضچه جوش، شناور شده و به صورت لایه سرباره، بالای فلز جوش جامد میشود.
پوشش الکترود وظایف متعددی دارد که به وسیله ترکیبات شیمایی مختلف موجود در پوشش ایفا میشوند. پوشش الکترود به وسیله تجزیه ترکیبات مختلف موجود، ایجاد اتمسفری گازی میکند که از حوضچه جوش محافظت کند. این ترکیبات، سلولزی یا آهکی هستند. ترکیبات دارای سنگ آهک، کم هیدروژن هستند و در جوشکاری آلیاژهایی استفاده میشوند که مستعد ترک هیدروژنی هستند. برخی عناصر موجود در پوشش، وظیفه تمیزکاری و جلوگیری از اکسیداسیون فلز جوش را انجام میدهند. این عناصر به وسیله ایجاد سرباره، از فلز جوش منجمد داغ، بعد از اتمام جوشکاری نیز محافظت میکنند.
جوشکاری تیگ
برخی از ترکیبات موجود در پوشش، یون هایی ایجاد میکنند که موجب افزایش پایداری قوس میشوند. قوس در فرایندهای قوسی گاز یونیزه شده ای است که در صورت رسانایی پایین دچار وزش قوس شده و ناپایدار خواهد بود. قوس ناپایدار اتصال نامطلوبی ایجاد میکند. ترکیبات موجود در پوشش، وظیفه اضافه کردن عناصر آلیاژی به حوضچه جوش را نیز انجام میدهند.
جوشکاری آرگون یا جوشکاری تیگ یکی از فرایندهای جوشکاری ذوبی است که در آن، قوس بین الکترود تنگستنی و قطعه کار ایجاد میشود. الکترود تنگستنی استفاده شده در این فرایند، غیر مصرفی بوده و در صورت لزوم، از فلز پر کننده نیز استفاده میشود. به دلیل غیر مصرفی بودن الکترود، دستگاه جوش ذوبی آرگون و تنظیمات این فرایند باید به گونه ای باشند که الکترود، حداقل حرارت را تجربه کند. مهمترین مشخصه فرایند جوشکاری تیگ ، اتمسفر گاز نجیبی است که به عنوان گاز محافظ، حوضچه جوش را در بر میگیرد. این روش جوشکاری به همین دلیل، تیگ یا TIG (tungsten-inert gas) نامیده شده است.
جوشکاری آرگون به دلیل حرارت ورودی پایین برای جوشکاری ذوبی مقاطع نازک مناسب است. وجود گاز محافظ امکان جوشکاری ذوبی فلزات فعالی مثل تیتانیوم و زیرکونیم را به این فرایند میدهد. با این وجود، جوشکاری آرگون هزینه نسبتا بالا و سرعت رسوب نشانی پایینی دارد. افزایش جریان به منظور افزایش سرعت رسوب نشانی، موجب داغ شدن بیش از حد الکترود تنگستنی و تخریب آن میشود.
در جوشکاری پلاسما اتصال توسط ایجاد قوس بین الکترود تنگستنی و فلز در اتمسفر گاز یونیزه شده یا پلاسما انجام میشود. وجود پلاسما در این فرایند جوشکاری ذوبی ، حرارتی بسیار بالا و متمرکز را موجب میشود که به این فرایند، توان ایجاد اتصالی با عمق نفوذ زیاد را میدهد. به جوشی با عمق نفوذ زیاد و ضخامت کم اصطلاحا جوش سوراخ کلیدی گفته میشود. جوشکاری پلاسما هزینه بالایی دارد، اما به دلیل نقاط قوت ذکر شده، در کاربردهای خاص، به عنوان جایگزینی برای فرایند جوشکاری تیگ لحاظ میشود.
جوشکاری GMAW یا جوشکاری قوس فلزی تحت پوشش گاز فرایندی است که در آن، قوس بین سیم جوش با تغذیه مداوم و قطعه کار برقرار میشود. در شرایطی که در این فرایند جوشکاری ذوبی ، از گاز نجیب استفاده شود، به آن جوشکاری میگ میگویند. در حالتی که از گاز دی اکسید کربن به عنوان گاز محافظ استفاده شود، فرایند را جوشکاری CO2 مینامند. از گازهای نجیب در این فرایند جوشکاری ذوبی ، در اتصالدهی فلزات غیرآهنی و فولادهای زنگ نزن و آلیاژی استفاده میشود.
جوشکاری میگ
در جوشکاری فولادهای کربنی و کم آلیاژ از گاز دی اکسید کربن استفاده میشود که هزینه پایینی دارد و سرعت و عمق نفوذ جوشکاری را افزایش میدهد. این فرایند، سرعت اتصال بیشتری نسبت به جوشکاری تیگ داشته و قابلیت اتصال دهی فلزات ضخیم تر را نیز دارد. با این وجود به دلیل نداشتن قابلیت حمل و نقل خوب و هزینه نسبتا بالا در تمامی موارد کاربرد ندارد.
در فرایند جوشکاری زیرپودری ، حرارت به وسیله قوسی ایجاد میشود که بین یک سیم جوش مصرف شونده و قطعه کار، برقرار شده است. مهمترین تفاوت قوس ایجاد شده در جوشکاری زیرپودری با سایر فرایندهای یاد شده، پنهان بودن قوس زیر لایه ای پودر است. پودر به طور همزمان و جلوتر از سیم جوش به محل اتصال ریخته میشود و وظیفه محافظت از جوش را انجام میدهد. به دلیل نرخ رسوب نشانی بالای این فرایند جوشکاری ذوبی ، ضخامت قابل اتصال ایجاد شده به وسیله جوشکاری زیر پودری بیشتر از فرایندهای میگ و تیگ است. با اینحال، به دلیل وجود پودر، انجام جوشکاری زیر پودری محدود به وضعیت های تخت میشود. جوشکاری زیر پودری حرارت ورودی بالایی دارد که ممکن است منجر به اعوجاج ورق های نازک تر شود.
جوشکاری ترمیت فرایندی است که حرارت آن از طریق واکنش شیمیایی گرمازا در محل اتصال ایجاد میشود. در نتیجه این حرارت، فلز پایه ذوب شده و جوشکاری انجام میشود. جوشکاری ترمیت کاربردهای بسیار محدودی دارد و بیشتر برای جوشکاری تعمیری قطعات مسی و آهنی به کار میرود.
در این فرایند جوشکاری ذوبی ، تاباندن پرتو الکترونی با تمرکز حرارت بسیار بالا موجب تبخیر مقطعی فلز شده و جوشی سوراخ کلیدی ایجاد میکند. جوشکاری باریکه الکترونی در محفظه هایی با خلا بالا انجام میشود بنابراین برای جوشکاری آلیاژهای دارای فلزات با نقطه ذوب پایین، مناسب نیستند. در صورت آلوده شدن محفظه با بخار این فلزات، فرایند با اختلال مواجه میشود.
جوشکاری با پرتو الکترونی
این روش جوشکاری، چگالی توان بسیار بالایی داشته و بنابراین حتی در قطعات بسیار ضخیم نیز عمق نفوذ بسیار خوبی دارد. با این وجود، جوشکاری با پرتو الکترونی پرهزینه ترین فرایند جوشکاری است و نیاز به تنظیمات پیچیده ای دارد. در ضمن وجود پمپ خلا و محفظه خلا در دستگاه جوش ذوبی موجب افزایش هزینه جوشکاری ذوبی با این روش میشود. به این دلایل، جوشکاری با پرتو الکترونی فقط برای کاربردهای بسیار خاص استفاده میشود.
در این فرایند جوشکاری ذوبی ، اشعه لیزر که از برانگیخته شدن گاز یا بلور ایجاد میشود، به مقطع اتصال تابانده شده و موجب ذوب فلز پایه میشود. جوشکاری لیزر میتواند با تنظیمات بهینه به روش سوراخ کلیدی یا ذوب سطحی انجام شود. بازتابیده شدن لیزر توسط سطوح فلزات براقی مثل آلومینیوم، مانع بزرگی در به کارگیری این روش برای اتصال این فلز است. در این فرایند جوشکاری ذوبی ، از گاز محافظ برای حفاظت از حوضچه مذاب استفاده میشود. جوشکاری لیزر نیز مانند جوشکاری پرتو الکترونی هزینه بالایی دارد. اما عدم نیاز به تجهیزات بسیار پیچیده و محفظه خلا موجب افزایش کاربرد آن در مصارف خاص صنعتی شده است.
جوشکاری با لیزر
در جوشکاری مقاومتی ، به علت مقاومت الکتریکی دو فلز، حرارت بالایی در فصل مشترک فلزات ایجاد می شود. تولید حرارت و سپس اعمال فشار، موجب اتصال دهی قطعات فلزی در زمانی معادل حداکثر چند ثانیه خواهد شد. مهمترین محدودیت جوشکاری های مقاومتی ، در رابطه با فلزاتی مثل برنج و مس است که هدایت الکتریکی بسیار بالایی دارند و در نتیجه به سختی جوش میخورند. جوشکاری مقاومتی در فرم های متعددی انجام میشود که جوشکاری نقطه ای و جوشکاری نواری از پرکاربرد ترین آن ها هستند.
جوشکاری مقاومتی نقطه ای
خدمات جوشکاری ذوبی شامل روشهای اتصال دهی یاد شده می شود که مطابق نیاز مشتری ارائه میشوند. چنانچه کاربرد مد نظر مشتری حساسیت های بالایی نداشته باشد، از جوشکاری الکترود دستی و هواگاز استفاده میشود. این روش ها هزینه پایینی دارند و برای موارد کارگاهی استفاده میشوند. در مصارف حساس تر که کوچکترین اشکالی در جوش ممکن است هزینه بسیار زیادی ایجاد کند، مشتری میتواند سراغ جوشکاری لیزر یا روش های مشابه برود. هزینه جوشکاری ذوبی نیز مطابق با خدمات جوشکاری ذوبی ارائه شده تنظیم میشود. هزینه جوشکاری ذوبی برای فرایندهای الکترود دستی و هواگاز بسیار پایین و برای فرایندهای بر پایه پرتو بسیار بالا است. هزینه جوشکاری ذوبی برای هر فرایند نیز با توجه به کیفیت و نوع مواد اولیه مورد استفاده حساب میشود.
فرمت یک راه حل نوین جهت رفع نیازهای صنعتی است. هدف فرمت ایجاد بستری برای معرفی، بررسی و مقایسه ی خدمات صنعتی ارائه شده توسط ارائه دهندگان مختلف و انتخاب بهترین راه حل جهت رفع مشکلات و پاسخگویی به نیازهای صنایع مختلف است.
آدرس: تهران، خیابان آزادی، دانشگاه صنعتی شریف
ایمیل: info@formmat.ir
